摘要：
氨作为不含碳的氢载体，前景广阔，受到了广泛的重视。当温度超过400℃时，氨不稳定很容易分解成氮气和氢气，所以非常适合作为燃料用在SOFC/PCFC中。但是，在PCFC中，阳极对氨分解的催化活性不高，导致功率密度要低于用氢气作为燃料的情况，而且也容易导致电池性能衰减。在本论文中，作者报道了高效的氨燃料质子陶瓷燃料电池：热力学稳定的电解质BaCe0.4Zr0.4Y0.1Yb0.1O3−δ (BCZYYb4411)、阴极PrBa0.5Sr0.5Co1.5Fe0.5O5+δ (PBSCF)、阳极Ni-BCZYYb4411。在500℃时，电池在用氢气和氨气作燃料时，其功率密度分别为0.59和0.44 W cm-2，而且在200h内，性能没有明显的衰减，在尾气中也没有检测到NOx。
DOI:https://doi.org/10.1021/acsenergylett.4c02263
图a中展示了电池结构，可以看到电解质厚度约为10 μm，这对高性能电池是非常有利的，有利于降低欧姆电阻。图b中给出了还原后的阳极微观结构，可以看到BCZYYb4411颗粒和Ni颗粒微观结构存在明显差异，确定还原之后的金属Ni存在。图c和图d可以确定阳极在氨气气氛下的稳定性，在氨气气氛下没有Ni3N的生成，这对电池的高活性、高稳定性都非常有利。
图中展示了电池性能，可以发现氢气作为燃料时，其功率密度在所有温度下都略高于氨气作为燃料的功率密度。可以看到在600℃时，在用氨气作为燃料时，其最高功率密度超过1W cm-2，可以看到在用氨作为燃料时，本工作所实现的功率密度处于较优的行列。且在长期稳定性测试中，其性能没有明显的衰减，且在测试后对阳极的表征中发现发生明显的变化。图g中给出了理论OCV和实测OCV，对于用氨作燃料时，在低温下偏离理论OCV较大，这与低温下氨的不充分分解有关，而在高温下偏离理论OCV较远，这与高温下的电子泄露有关，和氢气作为燃料情况相一致。图h中展示了根据开路电压计算的NH3转化率以及实测的转化率。
图中展示了600℃用纯氢气、纯NH3、以及用H2:NH3（3:1）作为燃料时的EIS以及欧姆和非欧姆阻抗对比，用来说明氨分解的冷却效应-氨分解是吸热过程。可以看到纯H2和混合H2作为燃料时，其欧姆和极化没有明显差异。详细分析，对欧姆阻抗而言，定量分析了氨气分解的冷却效应，操作温度越高，其冷却效应越明显。就非欧姆阻抗而言，可以发现在低温下，非欧姆阻抗差距越大，这与低温下氨气的非完全分解以及未转化氨气在界面的作用有关。
图中展示了进料氨气流速对电池性能的影响，整体而言其差异并非十分显著，大体呈现一种功率密度随流速增加而降低的趋势。
图中说明了尾气中没有NOx的释放，表明了用氨气作为燃料的清洁高效。
本文中报道的氨燃料质子陶瓷燃料电池，从材料视角而言采用的是经典高效的材料。阴极采用了高效的PBSCF，其作为阴极材料已经研究非常广泛，其对ORR具有高效的催化反应，且其导电性、化学相容性、热相容性等都处于有利的状态。而对电解质而言，BCZYYb4411作为电解质，其稳定性相对较高，且报导的电池电解质很薄，有利于输出高效的性能。对于阳极而言，本论文的阳极可以展现高效的催化性能和稳定性，该点较值得推崇。很多文献报导在长期稳定性测试中性能会出现衰减，采用浸渍其他氧化物的方式来提升稳定性。
