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京都大學細胞材料科學研究所(iCeMS)的研究人員開發(fā)了一種新方法，可以在較低溫度下加速氫原子通過晶格結構。他們在《科學進展》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
領導這項研究的iCeMS的Kageyama Hiroshi說:“改善氫在固體中的傳輸可以帶來更可持續(xù)的能源。”
帶負電荷的氫“負離子”可以非常快速地通過固體“氫化物”材料，它由附著在其他化學元素上的氫原子組成。該系統(tǒng)是清潔能源領域一個很有前景的競爭者，但快速運輸只能在450°C以上的高溫下進行。Kageyama和他的團隊已經(jīng)找到了如何使負離子在更低的溫度下通過氫化物的速度更快的方法。
“過去，人們認為在低溫下保持高離子導電性的關鍵是通過引入化學無序來穩(wěn)定材料的高溫相，”Kageyama說。科學家通過在結構中加入氧化物來實現(xiàn)這一點。相反，Kageyama和他的同事們在氫化鋇晶體中引入了一種有序的結構，這使得氫陰離子在200°C下的移動速度顯著加快。
Kageyama說:“通過排列陰離子來實現(xiàn)低溫下的高離子電導率是前所未有的，未來可能適用于各種離子導體。”
Kageyama和他的團隊改變了典型的氫化鋇的結構，在其兩側引入了由氫與另一個陰離子相連的層。通過這種方法，他們制造了三種不同的材料，分別是溴離子、氯離子和碘離子。這為原始材料提供了一個更有序的結構，防止它從高溫下的高度穩(wěn)定的對稱六邊形晶格變?yōu)槔鋮s時不那么穩(wěn)定的斜方晶格。氫陰離子在200°C下快速地穿過有組織的晶格。這種材料甚至能在室溫下傳導氫離子，盡管速度較慢。
Kageyama說:“提高室溫下的負離子電導率可以使燃料電池等電化學設備在低溫下運行，并為它們作為工業(yè)催化劑或氫化反應的固體氫源開辟道路。”
