第一作者：Zhixin Luo

通訊作者：邵宗平

通訊單位：澳大利亞科廷大學(xué)

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離子電導(dǎo)率通常被認(rèn)為是電解質(zhì)的固有特性，與環(huán)境條件無(wú)關(guān)?；谠趯?duì)稱電池配置中使用電化學(xué)阻抗譜（EIS）對(duì)氧離子導(dǎo)電釤摻雜的二氧化鈰和質(zhì)子導(dǎo)電BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3?δ (BZCY)?的電導(dǎo)率進(jìn)行的比較研究，本論文首次提出證據(jù)表明，缺陷型鈣鈦礦電解質(zhì)的質(zhì)子導(dǎo)電性受到電極性能的影響。

通過(guò)對(duì)比氧離子導(dǎo)電的鈰摻雜釤酸鹽（SDC）和質(zhì)子導(dǎo)電的BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3?δ?(BZCY)?與四種不同知名電極材料的導(dǎo)電性，結(jié)合電化學(xué)阻抗譜（EIS）在對(duì)稱電池配置中的測(cè)試，以及H2O程序升溫解吸質(zhì)譜實(shí)驗(yàn)（H₂O-TPD-MS）和飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜（TOF-SIMS）實(shí)驗(yàn)的輔助證據(jù)，研究揭示了質(zhì)子導(dǎo)電電解質(zhì)的導(dǎo)電性與電極的水合能力密切相關(guān)。

基于這些發(fā)現(xiàn)，文章不僅提出了一套簡(jiǎn)潔的電解質(zhì)導(dǎo)電性行為檢驗(yàn)方法，還闡明了文獻(xiàn)中關(guān)于電解質(zhì)質(zhì)子導(dǎo)電性與空氣電極之間相互關(guān)系的混淆，為未來(lái)清潔能源的發(fā)展和實(shí)際應(yīng)用提供了新的視角。

圖文導(dǎo)讀

圖1：基于SDC電解質(zhì)的四種對(duì)稱電池在600°C下的Nyquist圖，以及不同溫度下電極的面積比電阻（ASR）和SDC電解質(zhì)的導(dǎo)電性。

圖2：基于BZCY電解質(zhì)的四種對(duì)稱電池在600°C下的Nyquist圖，以及不同溫度下電極的ASR和BZCY電解質(zhì)的導(dǎo)電性。

圖3：在濕潤(rùn)空氣中SDC和BZCY對(duì)稱電池的導(dǎo)電機(jī)制。

圖4：四種電極材料的吸水能力。

圖5：四種電極材料中質(zhì)子吸收的分布情況。

圖6：?jiǎn)误w電池電化學(xué)特性。

總結(jié)展望

本研究通過(guò)對(duì)稱電池和單體電池測(cè)試，首次證實(shí)了質(zhì)子導(dǎo)電的鈣鈦礦BZCY電解質(zhì)的質(zhì)子導(dǎo)電性實(shí)際上受到電極性能的影響，并與空氣電極的水合作用能力直接相關(guān)。

由于鈣鈦礦氧化物中沒(méi)有固有的質(zhì)子，質(zhì)子是通過(guò)氧空位的水合引入的，而電解質(zhì)并不直接接觸濕潤(rùn)的大氣，因此水應(yīng)該通過(guò)電極層供應(yīng)。因此，電解質(zhì)中的質(zhì)子濃度依賴于電極的水合能力，具有更好水合能力的電極會(huì)在電解質(zhì)中產(chǎn)生更高的質(zhì)子濃度，從而提高其導(dǎo)電性。

研究進(jìn)一步提出了H₂O-TPD-MS技術(shù)，首次用于分析各種電極材料的水合能力，并為電解質(zhì)導(dǎo)電性與電極材料的水合能力之間的直接相關(guān)性提供了有力證據(jù)。這些新發(fā)現(xiàn)為檢查質(zhì)子電解質(zhì)導(dǎo)電性行為提供了一套簡(jiǎn)潔的方法，并有助于加深對(duì)電解質(zhì)導(dǎo)電性與附著空氣電極屬性之間相互關(guān)系的理解，最終有利于綠色能源材料科學(xué)的發(fā)展及其實(shí)際應(yīng)用。

文獻(xiàn)信息

標(biāo)題：Graphene aerogels for efficient energy storage and conversion

期刊：Energy & Environmental Science

DOI：10.1039/D4EE00688G