1.燃料辅助电解在固体氧化物电解池中的研究进展
郑国柱，张广君，王健成，吴英豪，庄子辰，陈婷，王绍荣
doi: 10.3724/2097-213X.2024.JFCT.0022
摘要：固体氧化物电解池 (solid oxide electrolysis cell, SOEC) 在CO2转化和可再生能源电力存储方面表现出极具潜力的应用前景。然而，较高的电能消耗限制了其商业化应用。燃料辅助固体氧化物电解池(fuel-assisted solid oxide electrolysis cell, FA-SOEC)可以将在固体氧化物电解池中生成的氧气与燃料 反应，将燃料的化学能提供给电解反应，从而极大地降低电解池的电能消耗。另外，FA-SOEC可以利用碳氢燃料的部分氧化反应(POM)和氧化偶联反应(OCM) 产生合成气及多碳烯烃等。因此，这种新颖的电解模式展现出极高的经济价值和巨大的应用潜力。本工作介绍了近年来FA-SOEC的研究进展，总结了使用不同辅助燃料的FA-SOEC工作原理、FA-SOEC与SOEC的热力学和动力学对比、FA-SOEC的数值模型研究及燃料辅助电极材 料的研究进展，总结了其面临的关键问题与挑战，并对未来的发展方向进行了展望。
2.固体氧化物电解池共电解CO2/H2O阴极研究进展与挑战
韩超，王越，冯开宇，高娜，张礼格，崔天成，李涛，肖国萍
doi: 10.3724/2097-213X.2024.JFCT.0027
摘要：本综述重点介绍了固体氧化物电解池（SOEC）的发展历史、基本机理和关键阴极材料的研究进展。在共电解过程中，SOEC阴极在控制电池运行稳定性方面具有至关重要的作用，然而目前最常用的Ni-YSZ金属陶瓷材料由于Ni的粗化、团聚等原因，导致其稳定性不佳，研究者在探索提高金属陶瓷电极稳定性 方法的同时，也在尝试寻找SOEC共电解中可替代金属陶瓷电极的阴极材料，钙钛矿材料由于具有较好的混合导电性、抗积炭性、杂质耐受性、氧化还原稳定性被研究者所关注，但其相对较低的催化活性是大多数钙钛矿相关氧化物面临的主要挑战，研究者发现通过浸渍、掺杂、脱溶等技术可以增加材料表面氧空位和活性三相界面，这些氧空位可以作为宿主位点在高温下容纳CO2分子，从而降低电极极化电阻，提高电极的电化学性能，且浸渍法具有易于操作、效率高、制备温度低等优点，掺杂法具有掺杂 过程简单、无污染和低成本等优点，原位溶出法具有稳定性高、效率高、性能好等优点，均易于后期推广。因此本文结合金属陶瓷和钙钛矿等阴极材料存在的问题和挑战，归纳了采用浸渍、掺杂、脱溶等技术提升阴极材料的性能和稳定性等方面的进展，为SOEC的商业化提供技术可行性分析。
3.双金属协同电催化及其在典型反应中的应用研究进展
杨天璇，武美霞，陈宁，唐昌强，赵强，王俊丽，郭永，李作鹏
doi: 10.3724/2097-213X.2024.JFCT.0014
摘要：近年来，双金属非均相协同催化剂的设计和制备，已成为当前材料与催化领域的研究热点。两种组分之间的适当组合，会极大地提升催化剂的催化性能，并且该催化性能提高的程度明显大于单独使用时的催化性能，因而被认为各组分之间存在着相互协同的催化作用。过去的十几年里，双金属协同催化剂在低温燃料电池和电解水制氢领域取得了巨大的进展，本工作总结了近年来双金属协同催化剂在电化学领域中的相关研究，综述了PtRu、NiFe、PtNi三种典 型双金属协同催化剂在甲醇氧化、析氧及氧还原方面的协同反应机理及研究进展。从物理化学性质的改变和电子结构的优化多角度分析了第二种金属的加入对催化剂的影响和改变，最后对双金属协同电催化剂的未来发展方向做出了展望。
4.高温碱性电解制氢与碱性燃料电池发电研究进展
卓昱杭，张蔚喆，罗奕翔，郝培璇，史翊翔
doi: 10.1016/S1872-5813(24)60503-7
摘要：本综述分别介绍了高温碱性电解制氢与碱性燃料电池发电的研究进展。高温碱性电解制氢多采用铂族金属与雷尼镍、不锈钢等Ni基合金作为电催化剂，而其电解质主要可分为KOH水溶液与KOH-NaOH-LiOH多元熔融体系，并结合采用流延烧结与电极支撑粉末烧结等方法制备的金属氧化物隔膜以实现氢氧产物分离，相关电解装置已在100−400 ℃实现超400 h稳定运行且衰减速率<0.1 V/kh；系统层面，实现130 ℃下20 kW稳定制氢，并提出允许多热源热-氢能源转换及高品位电-氢-热联产的吸/放热灵活转换运行模式。高温碱性燃料电池发电方面在电催化剂方面采用类似铂族金属与Ni及其氧化物，而其电解质除高浓度KOH水溶液与熔融氢氧化物外可采用高价金属掺杂焦磷酸盐等具备高电导率的固态材料。相关液态电解质装备已实现kW级地面与太空应用，且新型固态电解质单元已通过超160 h运行测试，而高温碱性膜燃料电池近年来取得长足发展，已实现超195 h稳定运行。
5.抑制固体氧化物电池空气极铬中毒策略的研究进展：微型综述（英文）
黄炯元，陈志逸，罗玉洁，艾娜，蒋三平，陈孔发
doi:10.1016/S1872-5813(24)60508-6
摘要：固体氧化物电池（SOCs）是一种高效的能量存储和转换装置。然而，在SOCs运行条件下，Fe-Cr合金连接体表面挥发的铬蒸气容易沉积在空气极，导致SOCs电化学性能和长期稳定性的严重衰减。本微型综述首先介绍了燃料电池和电解模式下空气极的铬沉积和中毒现象及其相关机制，继而重点介绍学界在抑制铬中毒策略上的研究进展。本微型综述将为高活性、耐铬毒化SOCs空气极的理性设计和开发提供参考。
朱行志，陈楚，苗笑云，叶晓峰，温兆银
doi: 10.3724/2097-213X.2024.JFCT.0021
摘要：当前传统的氨气规模化生产造成了大量的能源消耗和碳排放，需要寻找一种低碳的技术途径，因此，绿氨合成成为“双碳”背景下的重要研究课题之一。质子导体型陶瓷电解池（Protonic Ceramic Electrolysis Cells, PCECs）可采用可再生电力电解水蒸气原位制氢， 有 望 用 作 绿 氨 合 成 反 应 器 。本研究采用Ni-BaCe0.7Zr0.1Y0.2O3−δ（BCZY）多孔复合陶瓷，研究了质子导体燃料电极的材料特性和合成氨反应条件，650 ℃时获得了1.04×10−10 mol/(s·cm2 ) 合成氨速率。基于以上结果，以等静压-浸渍-共烧的工艺方法制备了活性面积达到10 cm2的管式质子导体型电解池。其在650 ℃， 1.4 V电压下获得3 A电解电流，并在合成氨工况条件下稳定运行；管式电池原位产氢能够用于 Ni-BCZY燃料电极上的合成氨过程并显著促进了氨产率的提升，合成氨速率达到7.02×10−10 mol/(s·cm2 )。200 h的测试结果表明，电解池的电化学性能与合成氨速率均表现出良好的稳定性，显示了作为绿氨合成反应器的潜力。
7.Sc掺杂Sr2Fe1.5Mo0.5O6−δ阴极材料的制备及电解CO2性能研究（英文）
刘真，张立红，徐春明，王振华，乔金硕，孙旺，孙克宁
doi: 10.1016/S1872-5813(24)60494-9
摘要：本研究采用固相法制备了Sc掺杂的Sr2Fe1.5Mo0.3Sc0.2O6−δ（SFMSc）钙钛矿阴极材料，用于SOEC电解CO2的性能研究。XRD表明，制备的SFMSc材料呈现稳定的立方相晶体结构，利用 TPD、TG、EPR、CO2-TPD等证明了Sc掺杂增加了材料的氧空位浓度及对CO2分子的化学吸附能力。电化学性能测试结果表明，以SFMSc为阴极的单体电解池在 800 ℃、1.8 V下的电解电流密度可达到2.26 A/cm2，同时极化阻抗仅为0.32 Ω·cm2，在连续80 h的稳定性测试后的电解性能无明显衰减，并且没有形成积炭。
8.一种高熵稳定的钙钛矿氧化物 La0.2Pr0.2Sm0.2Gd0.2Sr0.2Co0.8Fe0.2O3−δ作为可逆固体氧化物电池的空气电极材料（英文）
李若宇，李晓宇，张金柯，高源，凌意瀚
doi: 10.1016/S1872-5813(24)60486-X
摘要：可逆固体氧化物电池（RSOC）是一种新型的能量转换装置，具有重要的应用价值，特别是在电网调峰方面。然而，发电/储能的可逆转换过程对空气电极的性能和稳定性提出了挑战。本工作提出了一种新型高熵氧化物 La0.2Pr0.2Gd0.2Sm0.2Sr0.2Co0.8Fe0.2O3−δ（HE-LSCF），并研究了其作为RSOC中的空气电极在燃料电池和电解模式下的电化学行为。在 800 °C的空气环境中，HE-LSCF电极的极化阻抗（Rp）仅为0.25 Ω·cm2。在2 V的电解电压和800 ℃的温度下，电流密度高达1.68 A/cm2。HE-LSCF空气电极具有出色的可逆性和稳定性，其电化学性能在可逆操作100 h后仍然保持稳定。HE-LSCF的这些优点表明它是一种用于RSOC的优秀空气电极。
9.多层感知机优化质子交换膜电解槽阳极侧多孔传输层性能
陶大臣，谢鑫，杨扬，李俊，叶丁丁，陈蓉，朱恂，廖强
doi: 10.1016/S1872-5813(24)60502-5
摘要：质子交换膜电解水（PEMWE） 技术因其波动适应性强的特点，在绿色氢气生产中具有广阔的应用前景。PEMWE性能受多种因素影响，其中，多孔传输层（PTL）对于气-水传输性能尤为关键，优化PTL结构对提升PEMWE 整体性能具有重要意义。本研究首先构建了 一个稳态下的三维PEM单电解槽模型，获得了不同多孔传输层结构参数下PEM电解槽极化曲线，探讨了多孔传输层的孔隙率、厚度和导电率三个典型特征参数对质子交换膜电解槽性能的影响。其次，通过引入多层感知机机器学习模型，提出了相应的性能优化策略。研究表明，孔隙率对多孔传输层的性能起主导作用，其次是厚度，而导电率的影响相对较小。针对孔隙率和厚度，适度增加孔隙率并降低厚度可有效提升电解槽性能。经过多层感知机模型筛选，当PTL孔隙率为0.52、厚度为0.2 mm、导电率为 4×106 S/m时，性能最佳，在2 A/cm2的电流密度下PEM电解槽的工作电压为1.85 V。
