中温可逆质子陶瓷电池(PCEC)兼具电解制氢(EC)和发电(FC)双向功能，是电网应对间歇性能源并网和动态调峰需求的新型储能方案。然而，当前PCEC性能受限，低蒸汽压(3 - 12% pH2O)下仅能运行数百小时且降解率偏高(>10 µV/h)，工业级高蒸汽压(≥40%)工况下降解率急剧恶化(280 - 787 µV/h)，现有纽扣电池最优记录(1,833小时，12% pH2O，40 µV/h)无法满足规模化应用需求。

PCEC性能衰减的核心矛盾在于，传统钡铈酸盐电解质(如BZCYYb)和TCO氧电极对高蒸汽压(≥40%)固有化学不稳定，叠加丝网印刷工艺导致的“平面接触”结构缺陷。这种工艺形成的多孔电极/致密电解质界面存在三重困境：电极孔隙使电解质持续暴露于蒸汽引发相分解;低温烧结导致界面结合力弱;TCO材料难以兼顾高质子传导率、稳定性和电催化活性，最终引发界面电阻激增、质子传输受阻和循环衰减。突破方向需同步解决材料本征稳定性、三维界面构筑和连续质子传输网络构建等系统性问题。

美国西弗吉尼亚大学刘兴博教授、李伟、美国加州大学何凯教授等研究人员构建了多孔质子传导支架，并用Pr1.8Ba0.2NiO4.1电催化剂保形涂层。该支架对水具有高化学稳定性、三重电导率和水合能力，能保护脆弱电解质免受水的侵蚀。CCS结构巩固了电极 - 电解质界面键合，可在渗透网络中快速传输质子。

基于此设计，PCEC在40% H2O中以 -1.5 A cm -2和600°C达到5,000小时的电解稳定性，以及1,018小时的FC稳定性且无降解。研究团队还展示了基于CCS的单元化再生PCEC(UR - PCEC)原型系统，该系统可在频繁的EC/FC交替和严酷的长时间深度循环条件下运行，无需外部H2供应。

该研究提出的共形涂层支架(CCS)设计，通过构建多孔质子导电支架并共形涂覆Pr1.8Ba0.2NiO4.1(PBNO)电催化剂，解决了传统PCECs中电解质和氧电极在高浓度蒸汽下化学稳定性差、电极 - 电解质界面接触不良等问题。CCS结构中，PBNO作为连续无缺陷的保护膜，紧密包裹多孔电解质支架和致密电解质，隔离水蒸气对脆弱电解质的侵蚀，同时扩大质子导电网络。

基于CCS的PCECs在高浓度蒸汽环境下展现出卓越的长期运行稳定性，电解稳定性达到5000小时，降解速率仅为1 μV h -1，燃料电池模式下稳定运行1018小时无降解。研究还成功研制了基于CCS的集成式可再生PCEC(UR - PCEC)原型系统，该系统通过集成CCS电池与氢气循环和储存功能单元，在无外部氢气供应的情况下，实现了EC/FC模式的频繁切换和长时间稳定运行。

这项研究展示的整体缓解策略，旨在通过CCS设计全面解决传统PCEC在高浓度蒸汽环境下有限的运行稳定性、电极 - 电解质界面接触和质子传输等问题。该策略构建的多孔电解质支架均匀涂覆耐蒸汽且活性较高的PBNO氧电催化剂，可稳定各种基于钡铈酸盐的质子传导电解质，还展示了大规模CCS电池制造的潜力。PCEC表现出对水的高化学稳定性、强大的PBNO - 电解质界面键合、渗透质子传导网络以及对温度波动的热机械稳定性，在40% H2O中1.28 V和600 °C的热中性电压下提供 -1.3 A cm -2的电解电流密度，FE为77.6%。此外，这种CCS设计对固态电池、非均相催化和其他基于陶瓷的能源设备中的应用具有重要意义。

相关研究成果以“Conformally coated scaffold design using water - tolerant Pr1.8Ba0.2NiO4.1 for protonic ceramic electrochemical cells with 5,000 - h electrolysis stability”为题发表在Nature Energy上。