科技日报记者 张佳欣
固体氧化物燃料电池（SOFC）因高效率及长命命而备受存眷，但其运行温度凡是高达700—800℃，需利用昂贵的耐高温质料，这制约了其广泛运用。据最新一期《天然·质料》杂志报导，日本九州年夜学研究团队研制出可于300℃中温前提下高效运行的新型SOFC，有望鞭策低成本、低温SOFC的开发，并可年夜幅加速其贸易化进程。
SOFC采用陶瓷作为电解质，运行温度高，合适固定式发电。假如将陶瓷电解质的运行温度降低，制造及维护成本也能降低。研究发明，电解质由差别原子组归并按晶格布局摆列，质子需于这些原子间穿行。已往的研究测验考试经由过程插手化学掺杂剂来提高质子传输速率。然而，这一要领虽然能增长质子数目，却常致使晶格拥塞，使质子运动变慢。新研究旨于找到既能容纳年夜量质子又能让其自由运动的氧化物晶体。
研究团队终极发明，将高浓度的钪掺杂到锡酸钡及钛酸钡中，可于300℃前提下实现跨越0.01S/cm的质子电导率，这一数值与传统SOFC电解质于高温运行时的机能相称。
布局阐发与份子动力学模仿显示，钪原子会将周围的氧原子毗连成“ScO6高速通道”，使质子以极低的迁徙势垒快速经由过程。这条通道宽广且振动柔及，防止了高掺杂氧化物中常见的质子陷阱。晶格动力学数据还有注解，锡酸钡及钛酸钡的布局比传统SOFC质料更“柔软”，可接收更多钪，从而进一步晋升质子传输机能。
这一结果解决了掺杂量与离子传输效率难以统筹的持久难题，为开发低成本、低温SOFC提供了新路径。研究职员暗示，这一道理不仅合用在燃料电池，还有可推广到低温电解器、氢气泵以和将二氧化碳转化为有价值化学品的反映器等，有望为氢能普和及减碳带来更广泛影响。
总编纂圈点
固体氧化物燃料电池（SOFC）发电效率高，燃料顺应性规模广，被视作能源范畴的“潜力股”。不外，SOFC必需高温运行的特色提高了它的运用成本，也延缓了其贸易化进程。这次，研究团队经由过程于锡酸钡及钛酸钡中掺杂高浓度钪，乐成研制出能于300℃中温前提下高效运行的新型SOFC。中温运行象征着无需再利用昂贵耐高温质料，制造及维护SOFC的成本将年夜幅降低。该技能还有可以拓展到其他范畴，为绿色技能的成长及全世界能源布局转型带来新动能。
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