西班牙研發(fā)人員開發(fā)出一種可有效地提高燃料電池效率的超晶格電解質(zhì)材料，較當前的固體氧化物燃料電池可大大地降低成本。
西班牙研究人員稱這類超晶格電解質(zhì)（superlattice electrolyte）的離子導電率較常規(guī)的燃料電池器件提高了近1億倍。這項新技術(shù)已得到了美國能源部所屬最大的科學和能源研究實驗室—美國橡樹嶺國家實驗室的認可。
Delphi Automotive Systems、BMW和Rolls-Royce都有公布有關(guān)固體氧化物燃料電池的開發(fā)計劃。然而，據(jù)稱若在汽車用燃料電池中采用這類新型超晶格電解質(zhì)，則可以大大提高電池的效率和降低生產(chǎn)成本。
從這類離子導電型材料的分子結(jié)構(gòu)模型就可以看出為什么它會具有更好的離子導電性。因為超晶格迭層的交界面存在大量離子空位，從而形成一個允許更多離子通過的開放通道。
“西班牙研究人員可以量測出他們所開發(fā)的超晶格材料的離子導電率，但是卻沒辦法進行解釋�！� 橡樹嶺國家實驗室材料科學&技術(shù)部門的Maria Varela表示，“我們可以給出圖片來解釋這類材料導電性增強的原因。通過這些圖片我們可以清楚地看到緊張而晶而有序的界面層分子結(jié)構(gòu)以及它們是如何排列以給離子提供更寬的傳送通道。
Maria Varela斷言，“我不知道若燃料電池采用這類超晶格電解質(zhì)具體能將效率提高多少，但我可以肯定地講它將大大地降低燃料電池的成本。”
西班牙研究人員分布在兩所位于馬德里的大學：馬德里康普斯頓大學（Universidad Complutense）和Universidad Politcnica。
固體氧化物燃料電池要求工作溫度高于1,000°F，但新的超晶格電解質(zhì)不僅具有更高的滲透性--以便提高燃料電池的效率，同時可以工作在接近室溫下，這樣降低了其本身的溫度并且不像固體氧化物燃料電池一樣需要“熱身”一段時間后才能工作。
固體氧化物燃料電池的陰極和陽極被固體電解質(zhì)分開，通過固體電解質(zhì)的帶正電荷的氧離子數(shù)與電路中通過的帶負電荷的電子數(shù)量相等。電路的外部與燃料電池的電極相連。固態(tài)電解質(zhì)與由Ford、Volkswagen、GE、Dupont和其它公司正在著手研發(fā)的燃料電池中所采用聚合物電解質(zhì)膜功能相同。
固態(tài)氧化物燃料電池的效率受限于電解質(zhì)傳送氧離子的能力，而氧離子要在固態(tài)電解質(zhì)的原子間傳遞。為了獲得更高效率，固態(tài)電解質(zhì)燃料電池的工作溫度通常高于1,000°F。
新的超晶格電解質(zhì)材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)具有更寬的縫隙讓氧離子通過，而不必由一個原子傳送給另一個原子。這樣即便在室溫條件下，材料的原子導電率也有了極大的提高。
新材料采用鋯氧化物層和鈦酸鍶氧化物層交迭，這類膜質(zhì)材料氧離子滲透性增強要歸因于交迭層中的失配晶格。橡樹嶺國家實驗室開發(fā)人員稱他們用分辨率約0.6埃(光譜線波長單位)的300KV、Z對比掃描傳送電子顯示鏡觀察到了失配晶格和由此產(chǎn)生的縫隙。
Varela 表示，“據(jù)我們觀察發(fā)現(xiàn)，因氧化層之間的晶格失配導致了大量氧離子通道的形成”。
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