问题—— 氢能被普遍认为是优化能源结构的重要方向。其中，以可再生能源电力制取的“绿氢”对化工、钢铁等行业的深度减排更具现实价值。固体氧化物电解水制氢技术（SOEC）因能效高、可与工业余热耦合等特点，被视为绿氢规模化的关键路径之一。但产业化推进中，SOEC长期受关键材料制约：氧电极在高温高湿条件下易出现性能衰减、结构损伤甚至开裂，寿命与可靠性难以满足工程需求，进而推高系统成本、拖慢规模化进程。 原因—— 现有提升电极性能的方法多集中在增加氧离子传输通道数量或扩大通道尺度，以降低传输阻力。但在实际运行中，离子传输效率不仅取决于“通道是否足够、是否够大”，更关键的是活性位点及通道网络在材料内部是否分布均匀、是否连续连通。若活性位点分布不均，容易形成局部传输瓶颈和应力集中区，在长期热循环与电化学作用叠加下加速微结构劣化，最终表现为性能快速衰减与机械失效。传输网络“分布质量”缺乏系统性解决方案，成为SOEC稳定运行的一项核心瓶颈。 影响—— 针对此问题，南京工业大学科研团队联合苏州国家实验室提出新的材料设计思路：从提升氧离子传输通道的“分布质量”入手，构建更均匀、更连续的传输网络。团队采用“局部高熵化”策略，在钡钴基钙钛矿体系中引入锆、钛、锌等多种微量金属元素，形成复合氧化物配方。一上，更多元素引入了可参与传输的活性位点；另一方面，多元素协同促使活性位点材料内部更弥散、分布更均匀，从微观尺度降低传输阻力并增强结构稳定性。 实验结果显示，采用该新型氧电极材料组装的电解池在600℃较低工作温度下仍能获得较高电解性能，电解电流密度达到2.0A·cm^-2；在近800小时稳定性测试及40次冷热冲击循环测试中衰减较低，表明材料在热机械稳定性与服役耐久性上得到提升。对应的成果已线发表于国际期刊《自然·通讯》。 对策—— 从产业落地看，材料突破只是起点，工程化验证与规模化制造同样决定技术能否形成实际产能。据介绍，相关技术的工程放大正在苏州国家实验室加快推进：团队已搭建国内首条兆瓦级中试产线，并开发百千瓦制氢系统，在能效等关键指标上达到国际先进水平。下一步围绕材料制备一致性、组件匹配、系统集成与运行控制等环节开展协同攻关，有望更降低制氢成本、提升长期运行可靠性，推动SOEC从实验室走向工程应用。 前景—— 业内认为，在“双碳”目标推动下，绿氢将从示范逐步走向规模化替代，制氢技术竞争将更集中在“效率—寿命—成本”的综合平衡。本次研究通过提升离子传输网络的均匀性，在兼顾高性能与长寿命上提供了新的材料方案，为SOEC在中温条件下稳定运行提供支撑。随着中试产线完善、系统持续验证以及与可再生能源电源侧的协同优化，SOEC有望在工业用氢、合成氨、炼化、钢铁等场景释放更大减排空间，并为我国氢能装备与关键材料的自主可控提供支撑。
从材料微观机制的突破到工程化验证的推进，这项研究表明了基础科研与应用开发的紧密衔接。在绿色技术竞争加速的背景下，面向能源转型关键难题的原创性材料设计，不仅为“双碳”目标提供了新的技术抓手，也为我国在氢能关键材料与装备领域提升自主能力增添了筹码。随着材料体系继续优化、制造规模扩大并形成成本优势，这项技术有望成为我国氢能产业发展的重要支点之一。