为构建能灵活处理太阳能、风能等波动能源的现代电网，西弗吉尼亚大学工程师取得重大突破，成功设计并测试一款可在储存或发电间切换，还能从水中产生氢气的燃料电池。相关研究发表于《自然能源》杂志。

这款燃料电池优势显著。与类似技术相比，它能承受工业规模长时间高功率运行产生的热量和蒸汽，解决了现有“质子陶瓷电化学电池(PCEC)”存在的三大难题。PCEC作为潜在高价值能源技术，此前因在高蒸汽环境下不稳定、层间连接薄弱、传导质子性能不佳等问题，难以大规模应用。

西弗吉尼亚大学本杰明·斯塔特勒工程与矿产资源学院材料科学教授兼研究副院长刘兴波研究员介绍，由于PCEC可在能量存储和电力生产间切换，对于努力整合多来源不确定间隔能量的美国电网而言，可能是关键技术。研究团队通过连接电解质构建“保形涂层支架”设计，在其上涂覆并密封一层在蒸汽中稳定、吸水且温度变化时保持完整的电催化剂层，使质子、热量和电流能在结构中移动。

其原型机在600摄氏度、40%湿度环境下工作超5000小时，通过电解过程分解分子产生电能和氢气。此前小型PCEC连续执行相同过程最长时间仅1833小时，且性能随时间下降。刘教授称，团队构建的测试版系统使用CCS电池储存氢气并用于电解反应，在储能和发电模式下表现出色，能在长达12小时循环中平稳频繁切换模式，为纳入间歇性可持续能源的电网实现平衡提供方法。

该研究由当时在西弗吉尼亚大学担任博士生和博士后研究员的田汉辰、担任研究助理教授的李伟领导，博士后研究员李庆元、通用电气塑料材料工程教授Debangsu Bhattacharyya和助理教授李文元等也参与其中。

田汉辰表示，当前PCEC设计中，蒸汽渗入电解质致其失效，且电解质和电极受热膨胀程度不同，连接在使用中变脆弱。西弗吉尼亚大学团队加入钡离子助涂层保持水分、促进质子运动，加入镍离子制造更大且稳定平坦的CCS电池。由于该PCEC依靠水蒸气运行，可用盐水或低质量水供电。

田汉辰称，所有成果都显示出扩大到工业规模的潜力，大规模生产CCS燃料电池成为可能，且这种燃料电池在极端条件下也能保持强度和稳定性，为绿色制造领域现代电网建设带来新的希望与方向。

更多信息： Hanchen Tian 等，《采用耐水性 Pr1.8Ba0.2NiO4.1 的共形涂层支架设计，用于具有 5,000 小时电解稳定性的质子陶瓷电化学电池》，《自然能源》 (2025)。