地大(武漢)團隊解決燃料電池電解質難題—新聞—科學網

2021-01-07 科學網

 

中國地質大學（武漢）燃料電池創新研究團隊部分成員

設計和構造具有最低遷移勢壘的超質子高速通道（A、 B）；獲得極其優異的質子電導率，較傳統釔穩定二氧化鋯電解質材料的電導率提升了約3個數量級（C）；實現了先進燃料電池示範，在520攝氏度，輸出超過1000毫瓦/平方釐米的功率密度（D）。

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，把質子局域於異質界面，設計和構造具有最低遷移勢壘的質子通道，從而助推超質子，獲得優異的電導率。

7月10日，《科學》刊發學術論文《電場誘導異質界面金屬態構建超質子傳輸》。

燃料電池是繼水力發電、熱能發電和原子能發電的第四種發電技術。其潔淨、高效、無汙染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，從而產生氧空位，進而提高了氧離子電導率。但是結構摻雜的方法，並沒有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裡，質子需要克服巨大的能壘，通過氧空位跳躍前行。該研究相當於給質子「修建高速公路」，即利用半導體異質界面場誘導金屬態，助推超質子實現又快又好地「跑起來」，從而獲得優異的電導率。這與傳統電解質材料電導率相比，提升了3個數量級，並且實現了先進質子陶瓷燃料電池的示範。

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，為在燃料電池研發應用中插上了翅膀。該成果將促進新一代燃料電池研究和發展，對發展能源新材料和新技術具有重要科學意義和應用價值。

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

 

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