日本科學家研發(fā)出支持下一代燃料電池的新型陶瓷材料

摘要：

研究團隊發(fā)現了陶瓷材料（Ba₇Nb₄MoO₂₀），吸入水分后，其內部氧化物離子（O²⁻）的遷移會變得更加活躍

闡明了Ba₇Nb₄MoO₂₀通過吸收水蒸氣，加快氧化物離子（O²⁻）移動速度、從而提升導電性的作用機制

大幅推動了離子導體的研發(fā)進程，該材料對燃料電池、水蒸氣電解槽等清潔能源技術至關重要

燃料電池與水蒸氣電解槽的效率提升，有望為實現碳中和社會及推進聯合國可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）作出重要貢獻。而掌握這一目標關鍵的，是氧化物離子（O²⁻）導體、質子（H⁺）導體，以及能夠同時傳輸O²⁻與H⁺的氧化物離子-質子混合（雙離子）導體的研發(fā)工作。

為提升這類材料的性能，必須調查氧化物離子與質子的傳導比例，并從原子層面理解其“傳導機制”，這一過程至關重要。

【概述說明】

東京科學大學理學院化學系的八島正知教授、作田祐一特別助教（現任熊本大學產業(yè)納米材料研究所助教）、巾崎潤子研究員等人組成的研究團隊，與九州大學碳中和能源國際研究所的松本廣重教授團隊、以及英國帝國理工學院材料系的斯蒂芬?斯金納（SKINNERStephen）教授團隊開展國際聯合研究，成功揭示了一種具備特殊功能的陶瓷材料的作用機制?——該材料通過吸收水蒸氣，可使內部氧化物離子（O²⁻）更易移動。具體而言，研究團隊發(fā)現了“材料與水蒸氣發(fā)生反應（即水合反應）后，氧化物離子遷移性提升”的現象，并從原子層面闡明了這一機制。該成果有望為燃料電池、水蒸氣電解槽等設備的效率提升提供助力，堪稱推動碳中和社會實現及助力可持續(xù)發(fā)展目標（SDGs）的重要一步。

該研究成果已于2025年7月18日（倫敦時間）以電子版形式發(fā)表于材料化學領域國際學術期刊《JournalofMaterialsChemistryA》，并入選該期刊具有極高科學意義、創(chuàng)新性及關注度的“熱點論文”（HOTPapers）。

【未來發(fā)展方向】

未來，該研究團隊將基于本次闡明的?“水合反應與離子擴散的關聯”?機制，致力于研發(fā)并優(yōu)化性能更優(yōu)異的雙離子導體。此外，通過將本次研究獲得的見解拓展應用至其他材料體系，有望為下一代燃料電池、電解槽及傳感器等設備提供更多元的材料選擇，推動該技術在更廣泛領域的應用。

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