燃料电池迎来革命性突破！铷基材料或成关键推手
发布时间：2025-2-25 17:28
发布者：eechina
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铷可能成为氧化离子导体的下一个关键角色。东京科学大学的研究团队发现了一种新型含铷氧化物离子导体Rb₅BiMo₄O₁₆，其导电性能显著优于现有材料。通过计算筛选和实验确定，其优越的性能源于活化能低、自由体积大、四面体运动等结构特点。该材料在多种环境条件下的稳定性，为固体氧化物燃料电池（简称SOFC）和清洁能源技术的发展提供了新的方向。 氧化物离子导体在SOFC中扮演着重要角色，使氧化物离子（O2⁻）能够在固体中传输。SOFC不仅可以利用氢气，还能利用天然气、沼气甚至液态烃类作为燃料，这种灵活性使其在向氢经济过渡的过程中具有重要价值。然而，SOFC的广泛应用仍受限于高成本、耐久性和工作温度等问题。开发更高效的氧化物离子导体是解决这些挑战的关键。 研究团队通过系统筛选475种含铷氧化物，发现棕榈辉石型的氧化物材料具有与天然矿物棕榈辉石相似的晶体结构，表现出相对较低的氧化离子迁移能垒。结合铋（Bi）和钼（Mo）氧化物在高导电性方面的潜力，团队最终选择了Rb₅BiMo₄O₁₆作为研究对象。实验表明，该材料在300°C时的氧化物离子导电性达到0.14 mS/cm，是钇稳定的氧化锆（YSZ）的29倍，与具有类似四面体部分的领先氧化离子导体相当。其高性能归因于大铷原子降低的活化能、MoO₄四面体的旋转排列以及氧原子的各向异性热振动。此外，铋阳离子的孤电子对也进一步降低了离子迁移的活化能。 Rb₅BiMo₄O₁₆在高温、CO₂、湿空气和含氢氮气等多种条件下表现出优异的稳定性，甚至在水中也能保持稳定。这一发现为开发兼具高导电性和高稳定性的氧化物离子导体开辟了新途径，有望降低SOFC的工作温度和成本，推动其在清洁能源领域的应用。未来，该材料还可能用于氧膜、气体传感器和催化剂等设备，为可持续发展提供更多可能性。 《每日科学》网站（www.sciencedaily.com） |
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