无机膜科学与工程研究所团队在《Chemical Engineering Journal》上发表最新研究成果

        近日，我院无机膜科学与工程研究所团队的杨乃涛教授和张津津副教授在固体氧化物燃料电池领域取得重要进展，在Chemical Engineering Journal（SCI一区TOP期刊，IF: 16.744）上发表了题为“Enhanced electrochemical performance by structural design of electrolyte surface combining 3D printing technology with multi-physical modelling”的相关成果（Chem. Eng. J., 2023, 451, 139038）。

        通过电解质表面结构化设计增加电极和电解质之间的接触面积，降低面积比电阻是提高固体氧化物燃料电池的电池性能的有效策略。该工作结合立体光刻 (SLA) 3D打印技术成功制备了无缺陷的致密平面和凹凸电解质，凹凸电池在850 °C时的最大输出功率密度为288.9 mW cm-2，比平面电池高46.2%。多物理场耦合模型分析结果显示在电解质凹面处反应物的消耗显著，电化学反应剧烈。且凹凸表面边缘处的氢和氧消耗量均大于中心处，凹凸结构的边缘更有利于电化学反应。其原因是在电解质凹凸结构边缘上存在更短的离子传输路径，从而降低离子在电解质上的传输电阻。通过逐步线性回归分析得到电池性能与影响因素之间的定量表达式。相对于有效反应面积的增加，离子传输路径长度的减少对电池性能具有更强的积极影响。实验和模拟结果共同表明，电解质表面结构化设计通过减少离子传输路径长度并提供足够大的有效反应面积，可以显著提高电池输出性能。

        论文由我院硕士研究生郑丽娜和徐瑞雪为共同第一作者。研究工作同时得到了国家自然科学基金和山东省自然科学基金等项目的资助。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.139038