由于非对称陶瓷膜的两层材料在高温下的收缩行为失配,非对称膜极易发生开裂、翘曲。更严重的是,高温本身会引发元素挥发、杂质偏析和层间有害迁移,严重损害材料性能。因此,探索一条不依赖极端高温的非对称膜高质量共烧路径,能够从根本上抑制高温损伤。
。如果让多孔支撑体在烧结时比功能薄膜收缩得更快、更剧烈,那么支撑体就会像一个从外围均匀收紧的“模具”,对薄膜施加持续、均匀的径向压缩应力。
这种自压缩应力就像在材料内部集成了一台微型压力机,能从四面八方“挤压”薄膜,强力促进颗粒重排、孔洞排除,从而有望在低温实现非对称膜高质量、无缺陷的共烧致密化。
研究团队将这一创新策略率先应用于极具前景的质子导体固体氧化物燃料电池体系。
该体系的核心电解质功能层采用典型的BCZY712陶瓷,这种陶瓷材料以优异的质子传导能力著称,是实现中低温高效发电与电解的关键。
一个是孔隙调控,在阳极支撑体中加入淀粉造孔剂(含量达30wt%),增加其收缩潜力;另一个是预烧调控,将阳极支撑体在相对较低的900℃进行预烧结,保留其大部分收缩能力。采用此优化策略,团队成功
自压缩策略无需复杂设备且与现有陶瓷烧结工艺高度兼容,这一基于自压缩应力的低温致密化策略,
:钡挥发锐减,电解质表面关键元素损失大幅降低;杂质消失,无氧化钇杂质在结晶时分布不均匀的现象;镍迁移受阻,来自支撑体的镍迁移含量降低了73%至89%。同时,
,单电池峰值功率密度比传统电池提升89%,电解质质子电导率提升151%,且电池表现出优异的长期运行稳定性,验证了该低温制备策略的可靠性。