美測定超級離子傳導性材料晶體結構

美國能源部橡樹嶺國家實驗室7月31日表示，一種具有特殊性能的新材料有望幫助人們獲得更高效率燃料電池。相關研究文章刊登在7月31日出版的《科學》雜志上。
　　該新成果是由兩種晶體組合的、能夠在接近室溫條件下極大提高離子電導性的超級晶格材料，橡樹嶺國家實驗室材料科學和技術部門研究人員瑪麗亞·瓦瑞拉和斯蒂芬·潘尼庫克完成了對這種新材料的結構特性測定。
　　通常，固體氧化物燃料電池需要有能讓氧離子從陰極運動到陽極離子的傳導材料（或固體電解質）。然而，離子比電子大得多，目前還沒有原子級間隙足夠大的、能讓離子順利傳導的材料。同時，其他的燃料電池材料往往是迫使離子經過狹窄的通道，而不是讓離子從一個空穴跳躍到另一個空穴，因此傳導效率低。
　　研究人員用來測定新材料結構特性的主要設備是橡樹嶺國家實驗室的300千伏Z襯度掃描透視電子顯微鏡，其像差修正分辨率接近0.6埃米。通過該電子顯微鏡獲取的圖像，研究人員揭示了新材料具有超級離子電導性的原因在于分層材料獨特的晶體結構。瓦瑞拉表示，通過顯微鏡，“我們能夠看到密排但仍然有序的界面結構，這種結構為離子傳導提供了寬廣的通道。”
　　瓦瑞拉說，由兩種具有不同晶體結構材料組合形成的分層新材料解決了離子通道問題。原因是兩種晶體結構的失配導致其結合處的原子排列變形，擁有許多未占用的空間，從而產生了讓離子順利傳導的通道。此外，以往的燃料電池材料通常要在高溫下才能傳導離子，新材料在接近室溫的條件下便具備維持離子電導性的能力。研究人員表示，事實上，高溫是開發燃料電池技術的一個主要障礙。
　　該新材料由包括馬德里大學在內的兩所西班牙大學的研究人員共同研發，他們觀察到了新材料卓越的離子電導性，但對具有如此超強離子電導性材料的結構特征卻不太清楚。美國橡樹嶺國家實驗室人員利用Z襯度掃描透視電子顯微鏡幫助他們獲得了答案。
（科技日報）