CuFeO₂–ZnO 双层电解质

内建电场防短路

以p型CuFeO₂与n型ZnO分别成层构造电解质层，利用p-n结内建电场规避电子短路，使低温SOFC可在半导体电解质上正常工作。

Wenru, Sui · Ji, Shaozheng · Xiaochun, Ma · Zhang, Pan · Yan, Jitong · 唐永福 · 刘燕燕

International Journal of Hydrogen Energy 2024

参数信息

开路电压

1.06 V

峰值功率密度

557 mW cm⁻²

峰值功率密度（对比单相ZnO）

557 mW cm⁻²

技术优势

内建电场防短路

p型CuFeO₂与n型ZnO分层接触形成p-n结，其内建电场方向阻碍电子穿过电解质，从而避免内部短路，使电池能正常输出开路电压。

功率密度大幅提升

相比直接混合的CFO-ZnO纳米复合电解质（468 mW cm⁻²）和单相ZnO电解质（300 mW cm⁻²），双层结构在相同温度下达到557 mW cm⁻²，说明分层设计更有效地利用了内建电场。

低温仍具竞争力

在550 °C的低温SOFC工作区间，双层电解质即可实现1.06 V开路电压，接近理论值，说明电子漏电被有效抑制，无需高温即可运行。

应用场景

• 固体氧化物燃料电池：用半导体双层电解质替代传统离子导体，降低欧姆损耗并简化制备。
• 低温SOFC：在550 °C即可实现高功率输出，摆脱高温SOFC材料限制。
• 半导体异质结构：p-n结内建电场抑制电子漏电，让异质结构可用作电解质。
• 柔性器件：低温运行和简易层叠工艺可兼容柔性基底，拓展柔性电池应用。