纳米结构氧化铈渗透增强Ni/YSZ电极稳定性：实现可逆固体氧化物电池长效运行的新策略

这篇综述创新性地提出通过纳米结构氧化铈（CGO）渗透技术解决Ni/YSZ（镍/氧化钇稳定氧化锆）燃料电极在可逆固体氧化物电池（rSOC）中的降解难题。研究表明，CGO修饰使电池在750°C、650小时可逆模式（交替0.8V/97% H2和1.27V/90% H2O）下保持稳定，电流密度在燃料电池（FC）模式提升55%（0.20→0.31 A cm?2），电解（EC）模式提升67%（0.39→0.65 A cm?2），同时将反应位点从三相边界（TPB）转向氧化铈表面双相边界（DPB）。

　　

能源危机与气候变化的双重挑战催生了可逆固体氧化物电池（rSOC）技术的快速发展。这种既能发电（FC模式）又能制氢（EC模式）的装置，在可再生能源存储领域展现出独特优势。然而传统Ni/YSZ燃料电极存在的镍（Ni）团聚问题，严重制约了其商业化进程。当工作温度达到750°C时，Ni颗粒会逐渐迁移聚集，导致三相边界（TPB）活性区域减少，电池性能持续衰减——未修饰电池在400小时内EC模式电流下降70%（0.67→0.2 A cm^?2），FC模式下降37%（0.49→0.31 A cm^?2）。

材料微结构工程虽能延缓衰减，但治标不治本。研究团队另辟蹊径，采用纳米级铈掺杂氧化钆（CGO）渗透技术，在Ni/YSZ电极表面构建保护层。令人振奋的是，修饰后的电池不仅经受住650小时严苛测试，更展现出性能提升的"逆衰减"现象。透射电镜分析揭示，CGO纳米颗粒像"防护网"般锚定Ni颗粒，尽管仍有部分Ni团聚，但电化学活性位点已从传统的Ni-YSZ-气相TPB转移至CGO表面的双相边界（DPB）。

这种转变带来三重突破：首先，CGO的混合导电特性（MIEC）将反应区域从界面扩展到整个表面；其次，纳米结构提供更多氧空位，在EC模式下促进H₂O分解；更重要的是，该方法规避了传统工艺对微观结构的苛刻要求，为规模化生产铺平道路。在24次氧化还原循环后，CGO修饰电极仍保持初始性能的98%，而对比组已衰减53%。

深入机理研究表明，CGO的稳定作用源于其特殊的氧缓冲能力：在FC模式，Ce⁴⁺/Ce³⁺可逆转化促进氧离子传输；EC模式下，表面氧空位加速水分子解离。这种"智能调节"特性使电池在97% H₂到90% H₂O的极端气氛切换中保持稳定。值得注意的是，CGO的电子电导率虽仅0.08 S cm^?1（800°C），但通过与Ni网络的协同作用，完美解决了纯MIEC材料电阻过大的难题。

该研究为突破SOFC/SOEC技术瓶颈提供了新思路：不再与Ni团聚"硬碰硬"，而是通过功能材料渗透实现反应路径重构。相比需要精确控制烧结工艺的传统方法（温度偏差5°C即导致性能波动20%），CGO修饰技术具有更好的工艺宽容度。未来通过优化渗透工艺和掺杂元素，有望将电池寿命延长至商业化要求的4万小时，推动绿色氢能产业跨越式发展。