近日，南華大學資源環境與安全工程學院的畢磊教授團隊在能源與環境領域頂級期刊Energy&Environmental Science（影響因子30.8）上發表研究論文，提出一種高熵陰極用于質子導體固體氧化物燃料電池，極大提升電池的輸出功率，打破了Ruddlesden–Popper（R-P）結構陰極用于質子導體固體氧化物燃料電池的輸出功率紀錄，為燃料電池高性能陰極材料的開發提供重要參考。畢磊教授為該論文的獨立通訊作者，南華大學資源環境與安全工程學院為論文的第一署名單位和唯一通訊單位。由于該論文的新穎性和重要性，被選為Energy&Environmental Science期刊的封面論文。
能源與環境問題是困擾世界發展的重要挑戰，質子導體固體氧化物燃料電池具有發電高效、清潔、工作溫度較低等優點受到廣泛的關注。但隨著工作溫度的降低，質子導體固體氧化物燃料電池陰極反應動力學變得遲滯，使得電池性能下降。R-P結構陰極是一種傳統的固體氧化物燃料電池陰極材料，其具有化學穩定性高、熱膨脹匹配等優點，有望用于商業化的電池體系中。但其在質子導體固體氧化物燃料電池中的應用卻不盡如人意，性能較低，并且在長期工作狀態下會發生元素偏析現象。
針對這一難題，畢磊教授團隊構筑La0.4Pr0.4Nd0.4Ba0.4Sr0.4NiO4+x陰極材料，通過高熵工程改變離子的配位環境。實驗和理論計算研究都表明該材料與傳統的R-P結構陰極相比具有更高的質子傳導能力和更好的氧催化活性，從而提升R-P材料的性能。運用La0.4Pr0.4Nd0.4Ba0.4Sr0.4NiO4+x陰極的質子導體固體氧化物燃料電池展現出極高的電池輸出功率，是目前報道運用R-P陰極電池的最高值。此外，高熵結構也有助于緩解電池長期工作狀態下元素偏析的問題，提升電池的穩定性。此項工作解決了傳統R-P陰極性能較低、工作穩定性較差的問題，為其商業化應用提供理論和實踐基礎，具有重要的科學意義和應用前景。
論文：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2025/ee/d5ee00993f
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