圖：設(shè)計和構(gòu)造具有最低遷移勢壘的超質(zhì)子高速通道（A, B）；獲得極其優(yōu)異的質(zhì)子電導(dǎo)率（較傳統(tǒng)釔穩(wěn)定二氧化鋯電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率提升了約3個數(shù)量級（C）; 實現(xiàn)了先進燃料電池示范，在520攝氏度，輸出超過1000毫瓦/平方厘米的功率密度（D）。

　　中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）燃料電池創(chuàng)新研究團隊首次通過半導(dǎo)體異質(zhì)界面電子態(tài)特性，把質(zhì)子局域于異質(zhì)界面，設(shè)計和構(gòu)造出具有最低遷移勢壘的質(zhì)子通道，從而助推超質(zhì)子，獲得優(yōu)異電導(dǎo)率。相關(guān)研究成果近日發(fā)表于《科學(xué)》。中國地質(zhì)大學(xué)（武漢）材料與化學(xué)學(xué)院副教授吳艷為第一作者，教授朱斌和副研究員宋懷兵為共同通訊作者。

　　燃料電池是繼水力發(fā)電、熱能發(fā)電和原子能發(fā)電之后的第四種發(fā)電技術(shù)。其潔凈、高效、無污染的特點越來越引起關(guān)注。燃料電池技術(shù)成為國家能源發(fā)展戰(zhàn)略的一個重點領(lǐng)域，高離子電導(dǎo)率的電解質(zhì)開發(fā)是解決目前燃料電池應(yīng)用問題的關(guān)鍵。

　　長期以來，提高電解質(zhì)離子電導(dǎo)率的方法是通過低價陽離子取代高價陽離子，如摻雜三價銥離子取代結(jié)構(gòu)的四價鋯離子，產(chǎn)生氧空位，進而提高氧離子電導(dǎo)率。但是，結(jié)構(gòu)摻雜的方法無法有效解決燃料電池電解質(zhì)面臨的百年挑戰(zhàn)，很大程度上阻礙了燃料電池的商業(yè)化進程。

　　在傳統(tǒng)質(zhì)子傳導(dǎo)材料里，質(zhì)子需要克服巨大的能壘，通過氧空位跳躍前行。本研究相當(dāng)于給質(zhì)子“修建高速公路”，即利用半導(dǎo)體異質(zhì)界面場誘導(dǎo)金屬態(tài)，助推超質(zhì)子又快又好地“跑起來”，從而獲得優(yōu)異電導(dǎo)率。這與傳統(tǒng)電解質(zhì)材料電導(dǎo)率相比，提升了3個數(shù)量級，并且實現(xiàn)了先進質(zhì)子陶瓷燃料電池的示范。

　　該研究成果為優(yōu)良質(zhì)子傳輸材料和應(yīng)用提供了創(chuàng)新思路，為質(zhì)子限域傳輸提供了科學(xué)方法，將促進新一代燃料電池研究和發(fā)展。

　　相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aaz9139