电解质高速公路突破，解锁经济型低温氢燃料

固体氧化物燃料电池（SOFCs）的一个主要缺点是其必须在约700-800℃ (1292°F-1472°F) 的高温下运行。

日本九州大学的研究人员开发出一种新型固体氧化物燃料电池（SOFC），其工作温度仅为300℃ (500°F)，相比典型工作温度显著降低。

研究人员在一份新闻稿中表示：“该团队期望他们的新发现将推动低成本、低温SOFC的开发，并极大地加速这些设备的实际应用。”

这项进展可能使这些发电设备更具经济性和实用性，从而得到更广泛的应用。

这项工作解决了SOFC面临的一个关键挑战。

研究人员在新闻稿中补充道：“虽然SOFC因其高效率和长寿命而前景广阔，但一个主要缺点是其需要在约700-800℃ (1292°F-1472°F) 的高温下运行。”

如此高的温度需要使用昂贵、专业的耐热材料，这使得该技术在许多应用中成本高昂。降低工作温度有望减少这些制造成本。

大幅降低材料成本

领导这项研究的九州大学跨学科能源研究平台的山崎嘉広教授指出：“将工作温度降至300℃ (500°F)，将大幅降低材料成本，并为消费级系统打开大门。”

该团队的成功源于对燃料电池电解质（即传输质子（氢离子）以产生电流的陶瓷层）的重新设计。

此前，科学家们面临一个两难选择：向电解质中添加化学掺杂剂可以增加可用质子的数量，但也往往会使材料的晶格堵塞，减慢质子移动速度并降低性能。

找到平衡点

九州大学团队致力于解决这个问题。山崎教授表示：“我们寻找能够容纳大量质子并让它们自由移动的氧化物晶体 —— 这正是我们新研究最终实现的平衡。”

他们发现，通过在锡酸钡（BaSnO₃）和钛酸钡（BaTiO₃）两种化合物中高浓度掺杂钪（Sc），可以创造出一种高效结构。

他们的分析表明，钪原子形成了研究人员所称的“ScO₆高速公路”。这种结构在材料中形成了一条宽阔且振动柔和的通路。

山崎解释道：“这条通路既宽阔又振动柔和，这防止了通常在重掺杂氧化物中出现的质子捕获问题。”

最终获得的材料在300℃下实现了超过0.01 S/cm的质子电导率，其性能水平与工作温度是其两倍以上的传统SOFC电解质相当。

广泛影响

这项工作的意义超出了这种特定燃料电池的范畴。在材料中创建高效离子通道的设计原则，为开发其他能源技术奠定了基础。

山崎教授认为，同样的概念可用于改进其他脱碳工具。

他强调：“除了燃料电池，同样的原理也可应用于其他技术，如低温电解槽、氢泵以及将CO₂转化为有价值化学品的反应器，从而倍增脱碳的影响。”

该项目旨在将长期存在的科学挑战转化为功能性成果。山崎总结道：“我们的工作将一个长期存在的科学悖论转化为实用解决方案，使经济实惠的氢能更接近日常生活。”

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