燃料電池清潔，無汙染，被納入國家能源戰略，無奈電解質電導性太低，制約行業發展。現在，這一瓶頸有望被打破。7月10日，國際頂級學術期刊《科學》（Science）刊發了題為《電場誘導異質界面金屬態構建超質子傳輸》的原創新科研論文，首次通過利用半導體異質結界面的高電導性，為質子搭建快速遷移通道。湖北大學物理與電子科學學院副教授黃敏為共同第一作者。
這是湖北大學物電學院首次以共同一作在《Science》正刊上發表研究成果，標誌著湖北大學在燃料電池領域取得了突破性研究進展。物電學院的汪寶元實驗室提供了燃料電池性能的核查工作，其碩士研究生M. Akbar參與了具體實驗工作，為該文章的作者之一。
黃敏介紹，電解質導電率低，燃料電池能源轉化效率低，達不到使用條件。長期以來，科研人員試圖利用離子導體結構摻雜的方式改善電導率，效果都不理想。
△ NaxCoO2/CeO2異質結的設計思路
本次研究獨闢蹊徑，在由半導體材料鈷酸鈉和氧化鈰組成的的異質結上尋求突破，黃敏利用第一性原理計算的方法，對NaxCoO2/CeO2異質結電子結構進行了系統的計算，得出了異質結界面具有金屬態的特性這一結論，並且為實驗所證實。此外，她還對質子在界面的遷移初態、中間態和終態這三個狀態給出了原子級別的詳實描述，找出了質子在場誘導的金屬態界面的高速遷移通道。
△ NaxCoO2/CeO2異質結界面界面的金屬特性（A，B，C）以及質子在NCO/CeO2異質結構的界面遷移過程（D，E）
利用這個特性，團隊首次把質子局限在異質結界面，設計和構造出具有最低遷移勢壘的超質子高速通道，在「夾縫」中為質子搭建了高速公路。
在該研究中，實驗成功地驗證了理論和計算結果，異質結獲得了極其優異的質子電導率。「相比於傳統釔穩定二氧化鋯電解質材料，異質結界面的電導率提升了1000倍，電池的性能輸出能達到1000毫瓦每平方釐米。」黃敏說，這項研究為燃料電池發展提供了突破性的助力，燃料電池有望實現能源的快速轉化。
來源：湖北大學 圖/物電學院 文/向正鵬 編輯/向正鵬