质子“高速公路”破解燃料电池百年挑战

  • 2020年07月13日
  • 作者: 吴艳

    吴艳

    副教授,中国地质大学(武汉)材料与化学学院

    中国地质大学(武汉)材料与化学学院

图片来源:互联网

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中国地质大学(武汉)燃料电池创新研究团队首次通过半导体异质界面电子态特性,把质子局域于异质界面,设计和构造出具有最低迁移势垒的质子通道,从而助推超质子,获得优异电导率。相关研究成果近日发表于《科学》。中国地质大学(武汉)材料与化学学院副教授吴艳为第一作者,教授朱斌和副研究员宋怀兵为共同通讯作者。

燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电之后的第四种发电技术。其洁净、高效、无污染的特点越来越引起关注。燃料电池技术成为国家能源发展战略的一个重点领域,高离子电导率的电解质开发是解决目前燃料电池应用问题的关键。

长期以来,提高电解质离子电导率的方法是通过低价阳离子取代高价阳离子,如掺杂三价铱离子取代结构的四价锆离子,产生氧空位,进而提高氧离子电导率。但是,结构掺杂的方法无法有效解决燃料电池电解质面临的百年挑战,很大程度上阻碍了燃料电池的商业化进程。

在传统质子传导材料里,质子需要克服巨大的能垒,通过氧空位跳跃前行。本研究相当于给质子“修建高速公路”,即利用半导体异质界面场诱导金属态,助推超质子又快又好地“跑起来”,从而获得优异电导率。这与传统电解质材料电导率相比,提升了3个数量级,并且实现了先进质子陶瓷燃料电池的示范。

该研究成果为优良质子传输材料和应用提供了创新思路,为质子限域传输提供了科学方法,将促进新一代燃料电池研究和发展。

相关论文信息:https://doi.org/10.1126/science.aaz9139

来源:《中国科学报》

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