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京都大學(xué)細(xì)胞材料科學(xué)研究所(iCeMS)的研究人員開(kāi)發(fā)了一種新方法，可以在較低溫度下加速氫原子通過(guò)晶格結(jié)構(gòu)。他們?cè)凇犊茖W(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。
領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的iCeMS的Kageyama Hiroshi說(shuō):“改善氫在固體中的傳輸可以帶來(lái)更可持續(xù)的能源。”
帶負(fù)電荷的氫“負(fù)離子”可以非常快速地通過(guò)固體“氫化物”材料，它由附著在其他化學(xué)元素上的氫原子組成。該系統(tǒng)是清潔能源領(lǐng)域一個(gè)很有前景的競(jìng)爭(zhēng)者，但快速運(yùn)輸只能在450°C以上的高溫下進(jìn)行。Kageyama和他的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)找到了如何使負(fù)離子在更低的溫度下通過(guò)氫化物的速度更快的方法。
“過(guò)去，人們認(rèn)為在低溫下保持高離子導(dǎo)電性的關(guān)鍵是通過(guò)引入化學(xué)無(wú)序來(lái)穩(wěn)定材料的高溫相，”Kageyama說(shuō)。科學(xué)家通過(guò)在結(jié)構(gòu)中加入氧化物來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。相反，Kageyama和他的同事們?cè)跉浠^晶體中引入了一種有序的結(jié)構(gòu)，這使得氫陰離子在200°C下的移動(dòng)速度顯著加快。
Kageyama說(shuō):“通過(guò)排列陰離子來(lái)實(shí)現(xiàn)低溫下的高離子電導(dǎo)率是前所未有的，未來(lái)可能適用于各種離子導(dǎo)體。”
Kageyama和他的團(tuán)隊(duì)改變了典型的氫化鋇的結(jié)構(gòu)，在其兩側(cè)引入了由氫與另一個(gè)陰離子相連的層。通過(guò)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(gè)更有序的結(jié)構(gòu)，防止它從高溫下的高度穩(wěn)定的對(duì)稱六邊形晶格變?yōu)槔鋮s時(shí)不那么穩(wěn)定的斜方晶格。氫陰離子在200°C下快速地穿過(guò)有組織的晶格。這種材料甚至能在室溫下傳導(dǎo)氫離子，盡管速度較慢。
Kageyama說(shuō):“提高室溫下的負(fù)離子電導(dǎo)率可以使燃料電池等電化學(xué)設(shè)備在低溫下運(yùn)行，并為它們作為工業(yè)催化劑或氫化反應(yīng)的固體氫源開(kāi)辟道路。”
