在霧霾環(huán)境治理日趨迫切的情況下，固體氧化物燃料電池（solid oxide fuel cells, SOFCs）顯得具有更加廣泛的應(yīng)用潛力與研究價(jià)值。SOFC單體電池主要由支撐陽極、活性陽極、電解質(zhì)以及活性陰極組成，優(yōu)越而且穩(wěn)定的電池性能是實(shí)現(xiàn)其商業(yè)化應(yīng)用的先決條件。然而，對陽極支撐而言，支撐陽極厚度約為400m，活性陽極約10m，電解質(zhì)約為10m，活性陰極約為30m。由于電池各組成部份的厚度因素，目前業(yè)內(nèi)普遍采用的表征方法，如電化學(xué)阻抗譜（EIS），很難區(qū)分得到影響電池自身性能的決定性因素。與此同時(shí)，傳統(tǒng)表征方法只能得到電池整體性能的變化規(guī)律，無法對各組成貢獻(xiàn)進(jìn)行定量表征，致使電池性能提高的研究陷入了瓶頸。

中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所固體氧化物燃料電池研發(fā)團(tuán)隊(duì)巧妙地利用電池制備工藝，在電解質(zhì)兩側(cè)三相界面處植入超薄電極，首次成功制備獲得有界面測量引線的全電池。采用該電池，對電池輸出性能進(jìn)行原位研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在SOFC運(yùn)行過程中，電池的輸出性能決定于極/電解質(zhì)TPB的界面性能；陽極側(cè)極化電阻的增大是電池電阻增大的主要來源；電池的輸出電壓對歐姆電阻更加敏感。該研究結(jié)果以Full Paper形式在線發(fā)表在了《先進(jìn)能源材料》上( Adv. Energy Mater. doi: 10.1002/aenm.201400120)。

該研究突破了現(xiàn)有的電池性能研究瓶頸，首次原位觀察到了電池電壓的組成與三相界面對電池性能的定量貢獻(xiàn)，為解決SOFC界面性能表征提供了新的技術(shù)思路，同時(shí)為電池性能的改善采用對應(yīng)措施提供了直接的實(shí)驗(yàn)依據(jù)與參考。

三相界面超薄引線植入過程示意圖

植入超薄測量引線后界面的微觀結(jié)構(gòu)