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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》發表。

氫負離子是一種具有很大開發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。

“優質氫負離子導體需要兩種特性‘兼得’,即具備優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,氫化鑭就被發現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良好的氫化鑭下降5個數量級以上,同時對氫負離子傳導的干擾并不顯著,從而獲得了優異的氫負離子傳導特性。

更為重要的是,此項研究實現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攝氏度左右實現超快傳導。此外,團隊還首次實現了室溫全固態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。

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