固体氧化物电解水制氢技术(SOEC)发展备受关注，却因氧电极在高温高湿下易性能衰减、结构开裂等制约产业化。南京工业大学科研团队联合苏州国家实验室在固体氧化物电解水制氢关键材料领域取得突破性进展，从调控氧离子传输通道“分布质量”的全新角度出发，成功研发出兼具高效能与长寿命的新型氧电极材料。近日，该研究成果在线发表于国际期刊《自然·通讯》。
“传统提升电极性能的思路，主要集中于增加氧离子传输通道的‘数量’或拓宽其‘宽度’，我们在多年研究积累上，首次将视角聚焦于通道的‘分布质量’上。”南京工业大学周嵬教授打了个比方，“可以把氧离子在材料里移动，想象成人在大楼里走路。以前的做法，就是多造房间、把门开大，让人好走。但如果房间分布乱七八糟，有的地方挤一堆，有的地方全是墙，人照样走不通、绕远路，整体速度反而上不去。”
为此，团队创新采用“局部高熵化”策略，在钡钴基钙钛矿材料中，同时掺入锆、钛、锌等6种微量金属元素，形成了一种复杂的“复合氧化物配方”。“这不仅增加了可供氧离子传输的活性位点数量，还使这些位点在材料内部实现了高度均匀、弥散的分布，从而构建起一个畅通高效的离子传输网络。”南京工业大学博士生王潇宇解释道。
实验证明，这种新型氧电极材料，不仅显著降低了氧离子扩散的阻力，还极大地增强了材料的热机械稳定性和对质子的吸收能力。基于此材料组装的电解池，在600℃工作温度下，展现出优异的性能：电解电流密度高达2.0A/cm2，远超传统材料。在近800小时的长期稳定性测试和40次严酷的“冷热冲击”循环测试中，性能衰减率极低。
目前，该技术的工程化放大已在苏州国家实验室加快推进，团队成功搭建了国内首条兆瓦级中试产线，开发的百千瓦制氢系统在能效等关键指标上达到国际先进水平，有望为化工、钢铁等高耗能行业的绿色转型提供关键技术支撑。
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