作者:H. B. Song等 来源:《科学》 发布时间:2020/7/12 16:00:24
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新研究解决燃料电池电解质难题

 

中国地质大学(武汉)燃料电池创新研究团队部分成员

设计和构造具有最低迁移势垒的超质子高速通道(A、 B);获得极其优异的质子电导率,较传统钇稳定二氧化锆电解质材料的电导率提升了约3个数量级(C);实现了先进燃料电池示范,在520摄氏度,输出超过1000毫瓦/平方厘米的功率密度(D)。

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,设计和构造具有最低迁移势垒的质子通道,从而助推超质子,获得优异的电导率。

7月10日,《科学》刊发学术论文《电场诱导异质界面金属态构建超质子传输》。

燃料电池是继水力发电、热能发电和原子能发电的第四种发电技术。其洁净、高效、无污染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,从而产生氧空位,进而提高了氧离子电导率。但是结构掺杂的方法,并没有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。该研究相当于给质子“修建高速公路”,即利用半导体异质界面场诱导金属态,助推超质子实现又快又好地“跑起来”,从而获得优异的电导率。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,为在燃料电池研发应用中插上了翅膀。该成果将促进新一代燃料电池研究和发展,对发展能源新材料和新技术具有重要科学意义和应用价值。(来源:中国科学报 温才妃 胡守庚)

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

 
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