现代快报讯（通讯员周伟记者仲茜）3月17日，现代快报记者从南京工业大学了解到，该校固态离子与新能源技术团队创新性提出“热膨胀补偿”方案，解决了阻碍固体氧化物燃料电池实用化的技术难题。相关成果近日发表在国际学术期刊《自然》上。
△复合电极材料c-SYNC的性质和形成机理
据介绍，固体氧化物燃料电池是一种高效清洁的能源系统，它将煤、石油、天然气以及其他碳氢化合物等化石燃料中的化学能直接转换为电能。与传统的火力发电系统相比，燃料电池具有高转换效率、低排放、零噪音的优势。但固体氧化物燃料电池的商业开发面临着一大“拦路虎”：热机械不稳定性——电池在热循环中容易开裂、分层、破损。对此，南工大固态离子与新能源技术团队创新地提出了一种热膨胀补偿的策略，实现了燃料电池阴极与其他电池组件之间的完全热机械兼容，从而解决了阻碍固体氧化物燃料电池商业化进程的一大技术难题。
△热循环和机理示意图
“所谓热机械不稳定性，是指由于固体氧化物燃料电池需要在高温下运行，而燃料电池不同组件之间的热膨胀行为不匹配，会引起较大的内部应变梯度，在不同的位置应力不一样，导致电池退化、分层或破裂。”团队指导老师周嵬教授介绍，“目前燃料电池的阴极主要用含有钴的钙钛矿氧化物，这种材料的热膨胀系数非常高，远大于常用的电解质。”为此，团队设计了“热膨胀补偿”方案，将含钴钙钛矿与一种“负热膨胀”的材料结合在一起，形成一种新型复合电极。
“热膨胀补偿就是用负的热膨胀去抵消正的热膨胀。”论文第一作者、南京工业大学博士研究生章远说，“日常生活中，多数物体是热胀冷缩的，而‘负热膨胀’的材料却相反，它是‘热缩冷胀’的。”章远是周嵬教授的第一届博士生，他介绍说，这一想法在周嵬教授2015年回国工作时就开始酝酿，并于2017年申请了国家自然科学基金，团队成员经过近六年的反复实验摸索，才取得目前的成绩。“这种新型复合电极，为我们未来设计实用固体氧化物燃料电池，开辟了一条新路径。”周嵬教授说。
（通讯员供图）
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