近日，我所能源催化转化全国重点实验室无机膜与催化新材料研究组（504组）杨维慎研究员、朱雪峰研究员团队提出纳米颗粒介导的原子尺度界面焊接策略，通过促进电极与电解质之间的元素迁移和化学融合，解决了高稳定性陶瓷电解质界面反应活性不足的问题，提升了质子导体陶瓷电池的电化学性能。
质子导体陶瓷电池是一类高效能源转换装置，其性能与电解质的本征离子传导能力及电极—电解质界面反应密切相关。以钇掺杂锆酸钡（BZY）为代表的质子导体电解质具有较好的化学稳定性，但其表面化学惰性较强，难以与电极形成牢固的界面结合，导致电极脱落、反应动力学迟缓等问题，限制了电解质本征性能的发挥。
针对上述问题，研究团队引入氧化铜（CuO）纳米颗粒作为电极—电解界面焊接介质，通过驱动电极（PBSCF）与电解质（BZY）之间的元素双向扩散，实现了原子尺度的界面结合。研究发现，CuO介导的界面焊接作用能够将原本存在纳米孔隙、不连续接触的界面转变为紧密结合的化学键合界面。该策略不仅能在CuO纳米颗粒处高效构筑界面连接，还能诱导铜物种向邻近区域迁移来强化界面结合。电极与电解质的结合强度提高至原来的2.85倍，电池峰值功率密度提高至原来的3.94倍。此外，该策略在不同电极和电解质体系中均表现出良好的适用性，为缓解陶瓷材料化学稳定性与界面反应活性之间的矛盾提供了新思路。
相关研究成果以“Atomic-Scale Interfacial Welding Unlocks the Electrochemical Potential of Chemically Robust Proton-Conducting Electrolytes”为题，于近日发表在《应用催化B-环境与能源》（Applied Catalysis B-Environment and Energy）上。该工作的第一作者为我所504组博士毕业生冯秋霞。上述研究工作得到了国家自然科学基金、我所创新基金等项目的资助。（文/图 冯秋霞）
