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質子“高速公路”破解燃料電池百年挑戰

時間:2020-07-13 09:49:21 來源:中國科學報

  中國地質大學(武漢)燃料電池創新研究團隊首次通過半導體異質界面電子態特性,把質子局域于異質界面,設計和構造出具有最低遷移勢壘的質子通道,從而助推超質子,獲得優異電導率。相關研究成果近日發表于《科學》。中國地質大學(武漢)材料與化學學院副教授吳艷為第一作者,教授朱斌和副研究員宋懷兵為共同通訊作者。


  燃料電池是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之后的第四種發電技術。其潔凈、高效、無污染的特點越來越引起關注。燃料電池技術成為國家能源發展戰略的一個重點領域,高離子電導率的電解質開發是解決目前燃料電池應用問題的關鍵。


  長期以來,提高電解質離子電導率的方法是通過低價陽離子取代高價陽離子,如摻雜三價銥離子取代結構的四價鋯離子,產生氧空位,進而提高氧離子電導率。但是,結構摻雜的方法無法有效解決燃料電池電解質面臨的百年挑戰,很大程度上阻礙了燃料電池的商業化進程。


  在傳統質子傳導材料里,質子需要克服巨大的能壘,通過氧空位跳躍前行。本研究相當于給質子“修建高速公路”,即利用半導體異質界面場誘導金屬態,助推超質子又快又好地“跑起來”,從而獲得優異電導率。這與傳統電解質材料電導率相比,提升了3個數量級,并且實現了先進質子陶瓷燃料電池的示范。


  該研究成果為優良質子傳輸材料和應用提供了創新思路,為質子限域傳輸提供了科學方法,將促進新一代燃料電池研究和發展。


  相關論文信息:https://doi.org/10.1126/science.aaz9139


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