Nature | 中国科学院陈萍/曹湖军合作在室温下实现超离子氢离子传导

氢化物离子(H−)具有较强的还原性和较高的氧化还原电位，是一种活性氢，是一种能量载体。在环境条件下传导纯H−的材料将成为先进清洁能源存储和电化学转换技术的推动力。然而，稀土三氢化物，以快速H迁移而闻名，也表现出有害的电导率。

2023年4月5日，中国科学院大连化学物理研究所陈萍及曹湖军共同通讯在Nature在线发表题为“Deforming lanthanum trihydride for superionic conduction”的研究论文，该研究表明形变三氢化镧可用于超离子传导。

该研究展示了通过在晶格中创建纳米尺寸的颗粒和缺陷，LaHx的电子导电性可以被抑制超过五个数量级。这将LaHx转变为−40°C的超离子导体，具有创纪录的高H−电导率1.0 × 10−2 S cm−1和0.12 eV的低扩散势垒。介绍了一种室温全固态氢化物电池。

导电Li+、Na+、H+、O2−等的固体材料已用于电池、燃料电池、分离膜和传感器。在一定条件下，部分材料发生有序-无序转变为超离子态，离子电导率大于10 -3 S cm -1，扩散势垒小于0.3 eV，为固体电解质提供了优势。最近的研究兴趣是氢化物离子(H−)导体，其中H−具有与O2−相似的离子镭，但氧化还原电位更高，为−2.3 V (H−/H2)。

这些材料将有助于开发新型氢化物离子电池和燃料电池，用于能量存储和转换，以及独特的电化学电池，用于将CO2和N2等分子还原为燃料。几种H -导体已被开发出来，包括碱土金属氢化物和碱土、碱土和/或稀土金属(RE)的氧氢化物/卤化物。然而，所开发的材料中没有一种能在环境条件下表现出超离子传导。

全固态氢化物电池和氢化物离子传导（图源自Nature ）

该研究证明了晶格变形对抑制REHx中电子传导的有效性。H−离子在REHx晶格中通过在四面体和八面体位置之间跳跃以及越过晶界而容易扩散。另一方面，电子在晶界、粒子表面和其他陷阱处遇到大量散射，这使得电子电导率比晶体化良好的电子电导率降低了3到5个数量级。许多氢化物材料是H−和电子导体的混合。将该研究开发的方法推广到其他氢化物材料，必将扩大纯氢导体的材料范围。

原文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05815-0

转自：“iNature”微信公众号

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