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我國科學家研發(fā)出首例室溫氫負離子導體
最后更新: 2023-04-06 08:20:124月5日，觀察者網(wǎng)從中國科學院大連化學物理研究所獲悉，大連化學物理研究所氫能與先進材料研究部復合氫化物材料化學研究組（DNL1901組）陳萍研究員、曹湖軍副研究員團隊提出了一種全新材料設(shè)計研發(fā)策略，通過機械化學方法在稀土氫化物——氫化鑭（LaHx）晶格中引入大量的缺陷和晶界，開發(fā)了首例溫和條件下超快氫負離子導體。
氫負離子（H-）具有強還原性及高氧化還原電勢等特點，是一種頗具潛力的氫載體和能量載體。氫負離子導體是在一定條件下具有優(yōu)異氫負離子傳導能力的材料，其在二次電池、燃料電池、電化學轉(zhuǎn)化池、膜反應(yīng)器、氫傳感器等能源儲存與轉(zhuǎn)化器件中具有廣闊的應(yīng)用前景，有望在未來實現(xiàn)一系列的技術(shù)革新。目前，僅有極少的國外團隊專注此研究，該項研究面臨著材料體系少、操作溫度高、溫和條件下離子電導率低等問題，是潔凈能源領(lǐng)域的前沿課題。
早在上世紀的變色玻璃研究中，研究者就發(fā)現(xiàn)氫化鑭具有快速的氫遷移能力，但其電子電導也很高。近幾年，科研人員往氫化鑭晶格中引入氧大幅抑制了其電子傳導，但氧的引入也同時顯著阻礙了氫負離子的傳導。
本工作中，團隊創(chuàng)新地采用機械化學球磨法，通過碰撞和剪切力，造成氫化鑭晶格的畸變，破壞了晶格的周期性，形成了大量的納米微晶和晶格缺陷。這些缺陷可以顯著抑制電子傳導，其電子電導率相比結(jié)晶良好的氫化鑭下降5個數(shù)量級以上。尤為重要的是，晶格畸變對氫負離子傳導的干擾并不顯著，可在“震”住電子轉(zhuǎn)移的同時，仍舊“維持”氫負離子通過協(xié)同遷移機制快速傳輸，最終獲得了優(yōu)異的氫負離子傳導特性。
氫負離子電導率性能對比圖
此前報道的氫負離子導體只能在300℃左右實現(xiàn)超快傳導，而本工作實現(xiàn)了在溫和條件下（-40至80℃溫度范圍內(nèi)）的超快離子傳導，在-40℃時，該材料的氫負離子電導率就高達10-2S/cm，活化能僅為0.12eV。此外，團隊還首次實現(xiàn)了室溫全固態(tài)氫負離子電池的放電，證實了這種全新的二次電池的可行性。
“許多已知的氫化物材料都是離子—電子混合導體，”陳萍介紹道，“我們建立的這種材料結(jié)構(gòu)調(diào)變的方法具有一定的普適性，有望為氫負離子導體的研發(fā)打開局面?！?
- 原標題：我國科學家研發(fā)出首例室溫氫負離子導體
- 責任編輯: 范維
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