核心提示：实验表明，D-BFZ具有优异的电化学活性，与氧反应，达到较高的峰值功率密度。
据外电报道，香港科技大学（HKUST）的研究人员设计了一种新型铁基正极材料，使质子陶瓷燃料电池的性能达到创纪录的水平，表明燃料电池的开发和商业化迈出了重要的一步。
（图像源：香港科技大学）
燃料电池利用氢和其他燃料的化学能有效地清洁发电。为了应对气候变化和能源不足，世界各地都急需开发这种生态能源。
作为该领域的一项新技术，质子陶瓷燃料电池（PCFC）基于质子导电陶瓷电解质，具有污染物排放低、效率高的优点，同时具有灵活性，不仅适用于氢气，也适用于氨、沼气、甲烷等其他气体。该技术通常用于分布式发电，包括离网发电。
但由于缺乏高性能、低成本的正极材料，PCFC的商业化推广进程受到阻碍。目前钴基钙钛矿是最广泛使用的正极材料，钴容易降低其氧化值，从而产生优异的氧还原反应活性，对正极的性能具有重要意义。但这些材料成本高，在采矿过程中容易造成污染，而且制造工艺复杂，难以实现大规模生产。在锂离子电池中，这种材料的需求也很高。锂离子电池通常用于电动汽车。
理想地，可以使用成本低但反应活性相当的过渡金属代替钴。在元素周期表中，铁和钴的位置非常接近，具有很多相似的化学性质，但价格要低得多。但是，铁系材料一般被认为是坏的催化剂，不能产生令人满意的性能。因此，为了确定性能最好的材料，必须对材料结构进行微调。
基于这一方向性，该校机械与航空航天工程系和化学与生物工程系FrancescoCiucci教授负责的研究小组将第一原理模拟、分子轨道分析与实验相结合，利用钡、铁、锆等廉价元素设计了一种新型低成本陶瓷，创造了具有创纪录性能的PCFC。
这个团队根据基本的物理化学原理和密度泛函理论设计了正极材料。通过计算导向优化，Ba0.875Fe0.875Zr0.125O3δ（DBFZ）是最有前途的正极材料。实验表明，D-BFZ具有优异的电化学活性，与氧反应，达到高峰值功率密度，具有良好的操作稳定性。此外，可以使用简单且适于大规模生产的合成技术来生产D-BFZ，这是实现商业上可行的PCFC的重要步骤。
Ciucci教授说：“PCFC技术有望发挥变革性的作用或进一步发展。研究人员将利用第一性原理计算和实验，继续提高PCFC的性能。如果能够可逆使用，PCFC将对铁冶、合成氨生产、重运输等脱碳困难的行业产生巨大影响。”表示。