我國科學家在室溫下實現超快氫負離子傳導！中科院大連化學物理研究所陳萍研究員、曹湖軍副研究員團隊提出了一種全新的材料設計研發策略，通過機械化學方法，在稀土氫化物——氫化鑭晶格中故意制造大量的缺陷和納米微晶，研發出首個溫和條件下超快氫負離子導體。相關研究成果4月5日發表于《自然》雜志。
氫負離子具有強還原性及高氧化還原電勢等特點，是一種頗具潛力的氫載體和能量載體。氫負離子導體是在一定條件下具有優異氫負離子傳導能力的材料，其在二次電池、燃料電池、電化學轉化池、膜反應器、氫傳感器等能源儲存與轉化器件中具有廣闊的應用前景，有望在未來實現一系列的技術革新。目前，僅有極少的國外團隊專注此研究，該項研究面臨著材料體系少、操作溫度高、溫和條件下離子電導率低等問題，是潔凈能源領域的前沿課題。
早在上世紀的變色玻璃研究中，研究者就發現氫化鑭具有快速的氫遷移能力，但其電子電導也很高。近幾年，科研人員往氫化鑭晶格中引入氧大幅抑制了其電子傳導，但氧的引入也同時顯著阻礙了氫負離子的傳導。
研究團隊創新地采用機械化學球磨法，通過碰撞和剪切力，造成氫化鑭晶格的畸變，破壞了晶格的周期性，形成了大量的納米微晶和晶格缺陷。這些缺陷可以顯著抑制電子傳導，其電子電導率相比結晶良好的氫化鑭下降5個數量級以上。尤為重要的是，晶格畸變對氫負離子傳導的干擾并不顯著，可在“震”住電子轉移的同時，仍舊“維持”氫負離子通過協同遷移機制快速傳輸，最終獲得了優異的氫負離子傳導特性。
此前報道的氫負離子導體只能在300℃左右實現超快傳導，而這項研究實現了在溫和條件下（-40至80℃溫度范圍內）的超快離子傳導。此外，團隊還首次實現了室溫全固態氫負離子電池的放電，證實了這種全新的二次電池的可行性。
“許多已知的氫化物材料都是離子—電子混合導體，”陳萍介紹道，“我們建立的這種材料結構調變的方法具有一定的普適性，有望為氫負離子導體的研發打開局面。”
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