科學家找到改善燃料電池性能的關鍵

　　近日，西北工業大學柔性電子研究院黃維團隊的教授李致朋聯合北京師范大學教授梁穎/馬天星及長安大學副教授令狐佳珺，在固態氧化物燃料電池（SOFC）電解質材料領域取得突破，相關成果發表于Physical Review B，西北工業大學馮鵬為本論文第一作者。

　　該研究聚焦質子電解質BaHfO?，深入剖析A位摻雜對其質子導電性能的影響機制，不僅為SOFC電解質材料研發注入新活力，更為清潔能源技術發展提供關鍵理論支撐。

　　隨著全球對清潔能源技術需求的不斷攀升，固體氧化物燃料電池（SOFC）作為高效、清潔的能源轉換器件，受到了科研人員的密切關注。傳統的氧離子導體如摻雜釔的氧化鋯（YSZ），需在800℃以上才能最優化運行。質子傳導SOFC（H-SOFC）憑借在中低溫段（400-600℃）的卓越性能，成為大規模儲能與轉換的熱門選擇，而電解質材料的性能直接決定了 SOFC 的發電效率與運行穩定性。其中Ba基鈣鈦礦氧化物BaHfO?憑借與 BaZrO?同構、非常低的質子遷移能壘（0.28eV）及優異抗腐蝕性，展現出巨大潛力。

　　本研究闡明了BaHfO?中質子遷移的機制，表明質子遷移主要通過Grotthuss機制而非載體機制進行。這一發現增強了對材料中質子運輸行為的理解，并為設計更高效的質子導體奠定了理論基礎。

　　通過研究質子遷移過程中晶格參數的變化，確定摻雜或控制缺陷并不會改變H?的遷移模式，但會影響遷移路徑和能量障礙。此外，本研究揭示，摻雜低價離子顯著增加了BaHfO?中的質子濃度，但并未顯著提高質子遷移能量障礙。這一方法被證明是增強BaHfO?質子導電性能的有效途徑。這些發現為通過A位缺陷引入優化質子導電性能提供了新策略，并為開發新型高效SOFC電解質材料奠定了基礎。