1. 研究背景

固体氧化物燃料电池（SOFC）因其高效率、低排放及燃料灵活性被视为未来清洁能源系统的核心，但其阴极材料La_0.6Sr_0.4Co_0.4Fe_0.6O_3-δ（LSCF）在高温运行中易发生Sr元素表面偏析，形成绝缘SrO_x层，阻碍氧还原反应（ORR）并加速性能衰减，成为制约电堆寿命的关键瓶颈。

2. 工作亮点

近日，西北工业大学柔性电子研究院黄维院士团队李致朋教授课题组在Advanced Functional Materials发表基于热-动力学协同调控抑制Sr偏析，大幅提升LSCF阴极活性与稳定性的研究工作，第一作者为柔性电子研究院冯鹏。通过梯度升温与低温预烧结工艺，诱导晶格产生压缩应力，显著抑制氧空位生成，削弱Sr迁移驱动力；同时获得粒径更小、孔隙率更高的微观结构，使热膨胀系数降至13.3×10⁻⁶ K^-1，极大降低了与YSZ电解质的热失配。

图1 热-动力学策略抑制LSCF中的Sr偏析

图2 热-动力学策略降低LSCF的TEC，提升孔隙率

系统表征与密度泛函理论计算共同揭示，氧空位浓度与Sr偏析能呈负相关，表面氧空位越多，Sr越易迁移；S-R LSCF通过降低体相与表面空位密度，将Sr扩散势垒从2.59 eV提高至2.83 eV，实现Sr偏析量下降。电化学测试表明，800 °C下S-R LSCF阴极的峰值功率密度达0.91 W·cm^-2，较传统溶胶-凝胶样品提升约40 %；在700 °C、1 A·cm^-2条件下运行300 h，电压衰减率仅0.9 %/100 h，稳定性提高6倍以上。

图3 通过降低体相与表面空位密度提高Sr偏析能垒

图4 优化固相反应法提升功率密度及运行稳定性

该工作在不引入掺杂或涂层的前提下，仅通过优化固相反应路径即同步实现高活性、高稳定性与低热膨胀，为LSCF阴极的规模化制备与长寿命SOFC电堆开发提供了可行且易放大的材料解决方案。

本研究得到了国家自然科学基金、中国博士后科学基金、中央高校基本科研业务费、陕西省重点研发计划等项目的资助。

相关论文信息：

Peng Feng, Qirui Huang, Nannan Han, Kuan Yang, Wei Yan, Xiuan Xi*, Jiujun Zhang*, Zhi-Peng Li*. Significant Suppression of Sr Segregation to Substantially Enhance Performance of La_0.6Sr_0.4Co_0.4Fe_0.6O_3-δ Cathodes for SOFCs via Thermodynamic-Kinetic Engineering. Advanced Functional Material, 2025, e18931.

（文字：冯鹏 图片：冯鹏 审核：王学文）