突破高温限制：新型中温固体氧化物燃料电池推动商业化进程
固体氧化物燃料电池（SOFC）因其高效率、长寿命和广泛的燃料适应性，被视为能源领域的“潜力股”。然而，传统SOFC需在700—800℃的高温下运行，依赖昂贵的耐高温材料，这大幅增加了制造成本和维护难度，限制了其广泛应用。近日，日本九州大学研究团队在《自然·材料》发表了一项突破性成果：他们成功开发出一种可在300℃中温条件下高效运行的新型SOFC，为低成本、低温SOFC的商业化铺平了道路。
高温运行难题与解决思路
SOFC的核心部件是陶瓷电解质，其性能依赖于质子在晶格结构中的传输效率。传统方法通过化学掺杂增加质子数量，但高浓度掺杂往往导致晶格堵塞，反而阻碍质子运动。研究团队另辟蹊径，致力于寻找一种既能容纳大量质子又能让其自由移动的氧化物晶体结构。
钪掺杂技术：开辟质子“高速通道”
通过实验筛选，团队发现将高浓度钪掺杂到锡酸钡（BaSnO₃）和钛酸钡（BaTiO₃）中，可在300℃下实现超过0.01 S/cm的质子电导率，这一数值与传统SOFC在高温下的性能相当。获取更多有价值信息 访问：https://byteclicks.com
关键机制：
- ScO₆高速通道：钪原子与周围氧原子形成特殊的六配位结构（ScO₆），为质子提供了宽阔且低势垒的传输路径。
- 晶格“软化”效应：锡酸钡和钛酸钡的晶格结构比传统材料更柔软，能吸收更多钪掺杂原子，同时避免质子被晶格缺陷“捕获”，从而显著提升传输效率。
商业化潜力与拓展应用
这一突破解决了“掺杂量与离子电导率难以兼顾”的长期难题，其意义不仅限于SOFC领域：
- 降低成本：中温运行无需昂贵耐高温材料，大幅减少制造和维护费用。
- 技术延伸：相同原理可应用于低温电解器、氢气泵及二氧化碳转化装置，推动氢能普及和减碳技术发展。
未来展望
该研究为SOFC的规模化应用提供了新路径，同时为绿色能源技术注入新动能。随着进一步优化，中温SOFC有望加速商业化进程，成为能源结构转型的重要推手。获取更多有价值信息 访问：https://byteclicks.com
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