近日，南华大学资源环境与安全科学工程学院毕磊教授团队通过传统液相合成的方法成功制备出一种新的尖晶石氧化物Zn_0.58Co_2.42O₄(ZCO)并将其作为阴极材料应用于质子导体固体氧化物燃料电池(H-SOFC)。研究成果以南华大学为第一单位，古月圆博士、毕磊教授为通讯作者，在国际权威期刊Journal of Materials Chemistry A（《材料化学A》）发表原创性研究论文“A highly-active Zn_0.58Co_2.42O₄spinel oxide as a promising cathode for proton-conducting solid oxide fuel cells”（《一种高活性Zn_0.58Co_2.42O₄尖晶石氧化物阴极在质子导体固体氧化物燃料电池中的应用》），并被选为期刊的热点论文（JMCA Hot Paper）。

据了解，H-SOFC可直接将燃料转化为电能，是一种环保、高效的能源转换装置。阴极作为H-SOFC的关键组成部分，其催化活性是影响H-SOFC电化学性能的重要原因之一，设计高催化活性的阴极材料对于H-SOFC的发展具有重要意义。

提高水合能力和质子扩散能力是提高H-SOFC阴极性能的有效途径。针对这一挑战，毕磊教授团队通过Zn部分取代传统的尖晶石氧化物Co₃O₄中的Co元素得到Zn_0.58Co_2.42O₄(ZCO)，选用Zn作掺杂剂有助于提高材料的水合能力。通过第一性原理计算结果表明ZCO有着相对较低的水合能、质子迁移能垒和O₂吸附能。同时ECR测试结果表明，ZCO表现出了较高的氧扩散系数和质子扩散系数以及表面交换系数。

在电化学性能测试过程中，使用ZCO为阴极的H-SOFC表现出了良好的功率密度，在700^oC时的最高功率密度达到了1295 mW cm⁻²。利用ZCO的低熔点，对阴极与电解质的界面进行了改善，进一步提高了H-SOF的性能，优化后的H-SOFC在700^oC时的最高功率密度为1603 mW cm⁻²，是迄今为止报道的使用尖晶石氧化物为阴极的H-SOFC最高功率密度。同时，此性能也超过了最近报道的许多使用钙钛矿阴极的H-SOFC，这表明了使用尖晶石阴极和扩大H-SOFC的候选阴极的可行性和优势，为阴极材料的设计开辟一条新的路径。