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《科学》刊发我院教师的创新研究成果

发布人:李晓晔发表时间:2020-07-10点击:

破解燃料电池研发中的关键难题

《科学》刊发中国地质大学(武汉)创新研究成果

 

 

地大新闻网(记者 胡守庚)7月10日,世界著名期刊《科学》(Science),刊发学术论文《电场诱导异质界面金属态构建超质子传输》。我校材料与化学学院吴艳副教授为第一作者,朱斌教授和宋怀兵副研究员为共同通讯作者。这是我国科技工作者在能源领域取得的又一重大原创性研究成果。

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。

我校燃料电池创新研究团队,一直致力于低温、高性能燃料电池研究,聚焦高质子电导率电解质的开发,历经多年的不懈探索,经过反复试验论证,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。

图: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)。

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。本研究就是给质子如同修建高速公路,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(如上图)。

半导体异质结构和场诱导加速离子迁移,是能源科学领域具有挑战性的研究课题,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。该研究得到了国家自然科学基金委、中国地质大学(武汉)等多方面的支持。

论文链接:https://science.sciencemag.org/content/369/6500/184

燃料电池创新研究团队