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新华社 2023-04-06 21:42 发表于北京
我国科学家开发首例温和条件下超快氢负离子导体
氢负离子导体在氢负离子电池、燃料电池、电化学转化池等领域具有广阔应用前景，未来有望引领一系列能源技术革新。我国科学家日前通过机械化学方法，在氢化镧晶格中引入大量的缺陷和晶界，开发了首例温和条件下超快氢负离子导体。
记者从中国科学院获悉，该研究由中科院大连化物所陈萍研究员、曹湖军副研究员团队完成，相关成果5日在国际学术期刊《自然》发表。
氢负离子和电子在晶格畸变氢化镧中传导示意图。（中科院大连化物所供图）
氢负离子是一种具有很大开发潜力的氢载体和能量载体，氢负离子导体是在一定条件下具有优异氢负离子传导能力的材料。此领域研究面临材料体系少、操作温度高等问题，是洁净能源领域的前沿课题。
“优质氢负离子导体需要两种特性‘兼得’，即具备优异氢负离子传导能力的同时具备极低的电子电导。”陈萍介绍，早在20世纪，氢化镧就被发现具有快速的氢迁移能力，但电子电导很高。近年来，科研人员往氢化镧晶格中引入氧以抑制其电子传导，但氧的引入也同时显著阻碍了氢负离子的传导。
陈萍、曹湖军团队创新地采用机械球磨法，通过撞击和剪切力，造成氢化镧晶格的畸变，形成了大量纳米微晶和晶格缺陷。这些畸变可以显著抑制电子传导，使电子电导率相比结晶态良好的氢化镧下降5个数量级以上，同时对氢负离子传导的干扰并不显著，从而获得了优异的氢负离子传导特性。
氢负离子导体潜在的应用场景。（中科院大连化物所供图）
更为重要的是，此项研究实现了氢负离子在温和条件下（零下40摄氏度至80摄氏度）的超快传导。此前的研究中，氢负离子导体只能在300摄氏度左右实现超快传导。此外，团队还首次实现了室温全固态氢负离子电池的放电。
“许多已知的氢化物材料都是离子—电子混合导体，团队建立的这种材料工程策略具有一定的普适性，有望助力氢负离子导体研究取得更多突破。”陈萍说。