美测定超级离子传导性材料晶体结构

美国能源部橡树岭国家实验室7月31日表示，一种具有特殊性能的新材料有望帮助人们获得更高效率燃料电池。相关研究文章刊登在7月31日出版的《科学》杂志上。
　　该新成果是由两种晶体组合的、能够在接近室温条件下极大提高离子电导性的超级晶格材料，橡树岭国家实验室材料科学和技术部门研究人员玛丽亚·瓦瑞拉和斯蒂芬·潘尼库克完成了对这种新材料的结构特性测定。
　　通常，固体氧化物燃料电池需要有能让氧离子从阴极运动到阳极离子的传导材料（或固体电解质）。然而，离子比电子大得多，目前还没有原子级间隙足够大的、能让离子顺利传导的材料。同时，其他的燃料电池材料往往是迫使离子经过狭窄的通道，而不是让离子从一个空穴跳跃到另一个空穴，因此传导效率低。
　　研究人员用来测定新材料结构特性的主要设备是橡树岭国家实验室的300千伏Z衬度扫描透视电子显微镜，其像差修正分辨率接近0.6埃米。通过该电子显微镜获取的图像，研究人员揭示了新材料具有超级离子电导性的原因在于分层材料独特的晶体结构。瓦瑞拉表示，通过显微镜，“我们能够看到密排但仍然有序的界面结构，这种结构为离子传导提供了宽广的通道。”
　　瓦瑞拉说，由两种具有不同晶体结构材料组合形成的分层新材料解决了离子通道问题。原因是两种晶体结构的失配导致其结合处的原子排列变形，拥有许多未占用的空间，从而产生了让离子顺利传导的通道。此外，以往的燃料电池材料通常要在高温下才能传导离子，新材料在接近室温的条件下便具备维持离子电导性的能力。研究人员表示，事实上，高温是开发燃料电池技术的一个主要障碍。
　　该新材料由包括马德里大学在内的两所西班牙大学的研究人员共同研发，他们观察到了新材料卓越的离子电导性，但对具有如此超强离子电导性材料的结构特征却不太清楚。美国橡树岭国家实验室人员利用Z衬度扫描透视电子显微镜帮助他们获得了答案。
（科技日报）