科学家找到改善燃料电池性能的关键

　　近日，西北工业大学柔性电子研究院黄维团队的教授李致朋联合北京师范大学教授梁颖/马天星及长安大学副教授令狐佳珺，在固态氧化物燃料电池（SOFC）电解质材料领域取得突破，相关成果发表于Physical Review B，西北工业大学冯鹏为本论文第一作者。

　　该研究聚焦质子电解质BaHfO?，深入剖析A位掺杂对其质子导电性能的影响机制，不仅为SOFC电解质材料研发注入新活力，更为清洁能源技术发展提供关键理论支撑。

　　随着全球对清洁能源技术需求的不断攀升，固体氧化物燃料电池（SOFC）作为高效、清洁的能源转换器件，受到了科研人员的密切关注。传统的氧离子导体如掺杂钇的氧化锆（YSZ），需在800℃以上才能最优化运行。质子传导SOFC（H-SOFC）凭借在中低温段（400-600℃）的卓越性能，成为大规模储能与转换的热门选择，而电解质材料的性能直接决定了 SOFC 的发电效率与运行稳定性。其中Ba基钙钛矿氧化物BaHfO?凭借与 BaZrO?同构、非常低的质子迁移能垒（0.28eV）及优异抗腐蚀性，展现出巨大潜力。

　　本研究阐明了BaHfO?中质子迁移的机制，表明质子迁移主要通过Grotthuss机制而非载体机制进行。这一发现增强了对材料中质子运输行为的理解，并为设计更高效的质子导体奠定了理论基础。

　　通过研究质子迁移过程中晶格参数的变化，确定掺杂或控制缺陷并不会改变H?的迁移模式，但会影响迁移路径和能量障碍。此外，本研究揭示，掺杂低价离子显著增加了BaHfO?中的质子浓度，但并未显著提高质子迁移能量障碍。这一方法被证明是增强BaHfO?质子导电性能的有效途径。这些发现为通过A位缺陷引入优化质子导电性能提供了新策略，并为开发新型高效SOFC电解质材料奠定了基础。