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，并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。

最近，來自中國地質大學的科研團隊開發出了一種使用高質子電導率電解質降低陶瓷燃料電池工作溫度的方法——通過半導體異質界面電子態特性，把質子局限在異質界面，設計和構造了具有低遷移勢壘的質子通道。在他們發表在《科學》雜志上的論文中，研究小組描述了這種電解質以及它在氫燃料電池中測試時電解質的工作情況。中國地質大學材料與化學學院吳艷副教授為第一作者，朱斌教授和宋懷兵副研究員為共同通訊作者

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范，在520攝氏度，輸出超過1000毫瓦/平方厘米的功率密度（D）。

而在同期雜志上，分別來自香港理工大學和南京工業大學的倪萌和邵宗平也發表了一篇觀點文章，概述了對低溫運行的陶瓷燃料電池的需求，并進一步解釋了該團隊所做的工作。文章中，倪萌和邵宗平指出，降低陶瓷燃料電池的工作溫度可有效提高燃料電池的耐久性和效率，同時也能使成本更低——目前有兩種方法可供選擇：一是使電解質變薄以降低電阻；二是開發新的電解質。在這項新的研究中，研究人員選擇了第二種方法，開發了一種由Na_xCoO₂-CeO₂復合材料組成的新電解質。測試表明，當電解質被加熱到370到520℃之間時，其導電率為0.1至0.3 S/cm。為了更全面地測試電解液，研究人員用它構建了一個氫燃料電池，并發現其每厘米可輸送1瓦特的電能。他們還指出，該裝置可作為電解槽運行，通過反向運行來生產氫氣。

“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。我們的研究如同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。”吳艷說，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。

半導體異質結構和場誘導加速離子遷移，是能源科學領域具有挑戰性的研究課題。該研究成果為質子限域傳輸提供了創新科學方法，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。

資料來源：楚天都市報

phys.org

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