近日，加拿大國家工程院院士、廣州大學黃埔氫能源創新中心葉思宇教授團隊，基于質子陶瓷燃料電池（PCFC）最新發展，指出了質子傳導對于構建高性能PCFC陰極材料的重要性。相關論述以封面論文的形式發表于Advanced Energy Materials。博士后汪寧為該論文第一作者，杜磊副教授、葉思宇教授、華南理工大學數學學院袁保印博士為共同通訊作者。
氫能的高效利用，有助于“碳達峰、碳中和”這一目標的有效實現。燃料電池作為直接使用氫能發電而不產生任何碳排放的器件備受青睞。目前，常見的燃料電池按照工作溫度可分為低溫質子交換膜燃料電池（PEMFC; ＜200℃）和高溫固體氧化物燃料電池（SOFC; ＞800℃）。
然而，這兩類燃料電池均存在短板：由于工作溫度較低，PEMFC通常需要使用大量貴金屬催化劑；SOFC工作溫度較高，不需要使用貴金屬催化劑，但其壽命受到嚴重制約。因此，可在中溫區域（400-700℃）工作的PCFC既不需要貴金屬催化劑，又可實現較高的能量轉換效率（熱電聯供等）和長壽命，近年來備受矚目。
與PEMFC、SOFC有所不同，PCFC陰極三相界面的構筑需要同時實現質子、氧離子和電子的傳導。早期氧離子/電子傳導型氧化物被用作PCFC陰極材料，但由于其不能實現質子傳導，很快便被淘汰。隨后的陰極材料研究主要集中在如何實現并不斷提高質子傳導能力。
在本文中，研究人員揭示了質子傳導在PCFC陰極材料中的重要性，強調了質子/氧離子/電子傳導型氧化物的重要意義；本文系統比較和分析了陰極材料在實際PCFC器件中的電化學性能，并給出了PCFC及其陰極關鍵材料面臨的挑戰，提出了將“大數據+AI技術”應用至PCFC及其關鍵材料開發的愿景。