近日，福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院在液态锑金属阳极燃料电池研究方面取得新进展，相关成果以“Development of liquid antimony anode-based fuel cells: Effects of reaction-induced convection on mass transfer and electrochemical performance”为题发表于Top期刊《Energy Conversion and Management》（JCR 1区，IF=9.9）。

近年来，液态金属电极受到研究人员广泛关注。这种电极既具有金属性质，也可以具有液相性质，具有流动性、高能量密度、高导热率和高导电率等优点，兼具单原子分散的反应位点和自愈合界面，因此具有广泛的燃料适应性、高催化活性及运行鲁棒性。可应用于高温燃料电池电极，如固体氧化物燃料电池（SOFC），以及储能电池和电解池电极。其中，液态锑阳极是一种极具前景的液态金属电极，基于液态锑阳极的SOFC已实现基于包括生物质、煤油和煤在内的多种燃料发电和气电热电联产过程。

然而，液态锑阳极SOFC的高温工作条件，加上锑和氧化锑的不透明性质，对液态锑阳极的原位表征造成重大挑战，严重限制了对于液态锑阳极反应位点演化和离子/电子传导路径迁移等本征电化学机理与过程的认识。

建立数值模型是探索液态锑阳极运行过程的有效策略。本研究成功地建立了一个包含两相流、电场和化学/电化学反应的二维模型，研究了液态锑阳极SOFC在重力影响下的反应和对流特性。该模型计算了不同燃料供给条件下阳极内Sb-Sb₂O₃的流场和分布。引入Peclet数来量化液态锑阳极中的对流强度，突出了对流在阳极内氧传输中的主要作用。此外，还研究了Sb₂O₃积累对电化学性能的影响，包括放电电压的变化、不同组分的过电位以及Sb₂O₃积累过程中阳极反应位点的分布。最后，本研究提出了管状液态锑阳极SOFC结构设计的优化策略，以减轻Sb₂O₃积累导致的性能退化。

模型原理及结构设计优化效果

我院青年教师蒋一东副教授为该论文的第一作者。福州大学材料科学与工程学院、新能源材料与工程研究院为第一单位。论文得到清华大学史翊翔教授、福州大学张久俊院士的共同指导，获得国家自然科学基金国际间合作项目 (22361142836)、国家自然科学基金联合基金(U22B2071)、国家重点研发计划(2023YFB4005203)的资助。

DOI:10.1016/j.enconman.2024.118874