燃料電池迎來革命性突破！銣基材料或成關鍵推手
發布時間：2025-2-25 17:28
發布者：eechina
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銣可能成為氧化離子導體的下一個關鍵角色。東京科學大學的研究團隊發現了一種新型含銣氧化物離子導體Rb₅BiMo₄O₁₆，其導電性能顯著優于現有材料。通過計算篩選和實驗確定，其優越的性能源于活化能低、自由體積大、四面體運動等結構特點。該材料在多種環境條件下的穩定性，為固體氧化物燃料電池（簡稱SOFC）和清潔能源技術的發展提供了新的方向。 氧化物離子導體在SOFC中扮演著重要角色，使氧化物離子（O2⁻）能夠在固體中傳輸。SOFC不僅可以利用氫氣，還能利用天然氣、沼氣甚至液態烴類作為燃料，這種靈活性使其在向氫經濟過渡的過程中具有重要價值。然而，SOFC的廣泛應用仍受限于高成本、耐久性和工作溫度等問題。開發更高效的氧化物離子導體是解決這些挑戰的關鍵。 研究團隊通過系統篩選475種含銣氧化物，發現棕櫚輝石型的氧化物材料具有與天然礦物棕櫚輝石相似的晶體結構，表現出相對較低的氧化離子遷移能壘。結合鉍（Bi）和鉬（Mo）氧化物在高導電性方面的潛力，團隊最終選擇了Rb₅BiMo₄O₁₆作為研究對象。實驗表明，該材料在300°C時的氧化物離子導電性達到0.14 mS/cm，是釔穩定的氧化鋯（YSZ）的29倍，與具有類似四面體部分的領先氧化離子導體相當。其高性能歸因于大銣原子降低的活化能、MoO₄四面體的旋轉排列以及氧原子的各向異性熱振動。此外，鉍陽離子的孤電子對也進一步降低了離子遷移的活化能。 Rb₅BiMo₄O₁₆在高溫、CO₂、濕空氣和含氫氮氣等多種條件下表現出優異的穩定性，甚至在水中也能保持穩定。這一發現為開發兼具高導電性和高穩定性的氧化物離子導體開辟了新途徑，有望降低SOFC的工作溫度和成本，推動其在清潔能源領域的應用。未來，該材料還可能用于氧膜、氣體傳感器和催化劑等設備，為可持續發展提供更多可能性。 《每日科學》網站（www.sciencedaily.com） |
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