为氢能设备带来秩序

时间：2022-06-06 10:08:16来源：

京都大学细胞材料科学研究所 (iCeMS) 的研究人员开发了一种新方法，可以加快氢原子在较低温度下通过晶格结构的速度。他们在《科学进展》杂志上报告了他们的发现。

领导这项研究的 iCeMS 的 Hiroshi Kageyama 说：“改善固体中的氢运输可能会带来更可持续的能源。”

带负电荷的氢“阴离子”可以通过固体“氢化物”材料快速移动，该材料由连接到其他化学元素的氢原子组成。该系统是清洁能源的一个有前途的竞争者，但快速运输只发生在 450°C 以上的非常高的温度下。Kageyama 和他的团队已经想出了如何让氢阴离子在更低的温度下更快地通过氢化物。

“过去，人们认为低温下高离子电导率的关键是通过引入化学无序来稳定材料的高温相，”Kageyama 说。科学家通过在结构中添加称为氧化物的含氧化合物来做到这一点。相反，Kageyama 和他的同事在氢化钡晶体中引入了有序结构，即使在 200°C 下，氢阴离子也能明显更快地移动。

“通过对阴离子进行排序来实现低温下的高离子电导率是前所未有的，未来可能适用于各种离子导体，”Kageyama 说。

Kageyama 和他的团队通过在两侧引入由与另一个阴离子连接的氢组成的层，改变了典型氢化钡的结构。通过这样做，他们使用溴化物、氯化物或碘化物阴离子制造了三种不同的材料。这为原始材料提供了更有序的结构，防止其从通常在高温下发现的高度稳定和对称的六边形晶格转变为冷却时不太稳定的斜方晶形结构。氢阴离子在 200°C 时非常迅速地穿过有组织的晶格。该材料甚至可以在室温下传导氢阴离子，尽管速度较慢。

“将氢阴离子电导率提高到室温可以使电化学装置(如燃料电池)在低温下运行，并为它们用作工业催化剂或用作氢化反应的固体氢源开辟道路，”Kageyama 说。