我國科學家開發(fā)首例溫和條件下超快氫負離子導體

新華社北京4月6日電（記者張泉、王瑩）氫負離子導體在氫負離子電池、燃料電池、電化學轉化池等領域具有廣闊應用前景，未來有望引領一系列能源技術革新。我國科學家日前通過機械化學方法，在氫化鑭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。

記者從中國科學院獲悉，該研究由中科院大連化物所陳萍研究員、曹湖軍副研究員團隊完成，相關成果5日在國際學術期刊《自然》發(fā)表。

氫負離子和電子在晶格畸變氫化鑭中傳導示意圖。（中科院大連化物所供圖）

氫負離子是一種具有很大開發(fā)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。此領域研究面臨材料體系少、操作溫度高等問題，是潔凈能源領域的前沿課題。

“優(yōu)質氫負離子導體需要兩種特性‘兼得’，即具備優(yōu)異氫負離子傳導能力的同時具備極低的電子電導。”陳萍介紹，早在20世紀，氫化鑭就被發(fā)現(xiàn)具有快速的氫遷移能力，但電子電導很高。近年來，科研人員往氫化鑭晶格中引入氧以抑制其電子傳導，但氧的引入也同時顯著阻礙了氫負離子的傳導。

陳萍、曹湖軍團隊創(chuàng)新地采用機械球磨法，通過撞擊和剪切力，造成氫化鑭晶格的畸變，形成了大量納米微晶和晶格缺陷。這些畸變可以顯著抑制電子傳導，使電子電導率相比結晶態(tài)良好的氫化鑭下降5個數(shù)量級以上，同時對氫負離子傳導的干擾并不顯著，從而獲得了優(yōu)異的氫負離子傳導特性。

氫負離子導體潛在的應用場景。（中科院大連化物所供圖）

更為重要的是，此項研究實現(xiàn)了氫負離子在溫和條件下（零下40攝氏度至80攝氏度）的超快傳導。此前的研究中，氫負離子導體只能在300攝氏度左右實現(xiàn)超快傳導。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。

“許多已知的氫化物材料都是離子—電子混合導體，團隊建立的這種材料工程策略具有一定的普適性，有望助力氫負離子導體研究取得更多突破。”陳萍說。