东京理工大学 我们报道Ba5Er2Al2ZrO13，一种六方钙钛矿型氧化物，作为一类新的质子导体，其电导率高于10？3 S cm？1介于300和1200℃之间
一种新的质子导体结构家族，具有固有的缺氧氢？lay提供了一种基于六方钙钛矿相关氧化物设计优良质子导体的策略
信用:东京理工大学 在过去的几年里，燃料电池已经成为环保技术研究的焦点，因为它们具有储存和生产可再生能源和清洁燃料的卓越能力
一种正在普及的典型燃料电池是质子传导燃料电池，它主要由氢离子(质子:氢+)可以轻易穿过的材料制成
质子传导材料提供了许多优于通常使用的包括电解质的氧化物离子导体的燃料电池的优点，例如在低温和中温下更高的电导率、更长的寿命和更低的成本
然而，只有有限数量的这种材料是已知的，并且它们在开发燃料电池中的应用主要停留在实验室规模上
为了真正实现可持续的能源经济，需要发现具有高导电性的新质子导体，从而能够以低成本和高效率扩大这些技术的规模
东京理工大学和美国国家科学技术研究院的科学家着手解决这一需求，在最近的一项研究中，他们发现了一种新的质子传导材料，这种材料可能是整个质子导体家族的代表
这种材料的化学式为Ba5Er2Al2ZrO13，被归类为“六方钙钛矿相关氧化物”
领导这项研究的雅岛正友教授解释说:“氧化物中的质子传导通常是通过氧化物离子之间的质子跳跃发生的。”
因此，晶体结构和氧化物离子周围的局部环境对可能的导电路径有巨大的影响
这解释了为什么高质子传导率只在有限的材料中被报道
" Yashima教授和他的团队注意到，Ba5Er2Al2ZrO13的结构包含缺氧层，其质子传导率高于代表性的质子导体，后者是通过在某些材料的晶体结构中人为引入缺氧而产生的
他们意识到Ba5Er2Al2ZrO13的这种固有的氧缺乏可以使它比传统的质子导体有显著的优势，消除了它们的一个主要问题:它们的不稳定性和合成组成均匀样品的困难
他们进行了一系列实验来阐明这一特性的潜在机制
初步研究表明，在对潜在的工业应用至关重要的中低温下，钡的质子传导率很高
在进一步的实验中，发现空气中的水分子(H2O)可以溶解到晶体的缺氧层中，在那里水中的氧与氢分离，产生可移动的氢离子
然后，这些氢离子在缺氧层中“跳过氧化物离子”，允许高质子传导率
这种现象并不局限于这种特殊的材料
该团队合成了其他结构相似的材料，并对它们的导电性进行了初步测试
他们发现了与Ba5Er2Al2ZrO13相当的结果
助理博士
该研究的第一作者村上春树解释说:“我们的结果表明，六方钙钛矿相关氧化物中的缺氧层可能是一种赋予高质子传导率的普通结构块
除了Ba5Er2Al2ZrO13之外，这些层还存在于许多氧化物中
" 这一全新范围内在高质子传导材料的发现，以及它们的质子传导率机制，可以将该领域的研究带入新的领域
医生
詹姆斯·R
来自美国国家标准组织的海丝特也参与了这项研究，她说:“我们的工作提出了一个潜在的策略，基于一些钙钛矿相关氧化物的缺氧层来设计优良的质子导体
“这项工作有望代表迈向更清洁未来的一步
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