邵宗平EES新突破：揭示钙钛矿电解质质子导电性与电极紧密关联

第一作者：Zhixin Luo

通讯作者：邵宗平

通讯单位：澳大利亚科廷大学

论文速览

离子电导率通常被认为是电解质的固有特性，与环境条件无关。基于在对称电池配置中使用电化学阻抗谱（EIS）对氧离子导电钐掺杂的二氧化铈和质子导电BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3−δ (BZCY) 的电导率进行的比较研究，本论文首次提出证据表明，缺陷型钙钛矿电解质的质子导电性受到电极性能的影响。

通过对比氧离子导电的铈掺杂钐酸盐（SDC）和质子导电的BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3−δ (BZCY) 与四种不同知名电极材料的导电性，结合电化学阻抗谱（EIS）在对称电池配置中的测试，以及H2O程序升温解吸质谱实验（H₂O-TPD-MS）和飞行时间二次离子质谱（TOF-SIMS）实验的辅助证据，研究揭示了质子导电电解质的导电性与电极的水合能力密切相关。

基于这些发现，文章不仅提出了一套简洁的电解质导电性行为检验方法，还阐明了文献中关于电解质质子导电性与空气电极之间相互关系的混淆，为未来清洁能源的发展和实际应用提供了新的视角。

图文导读

图1：基于SDC电解质的四种对称电池在600°C下的Nyquist图，以及不同温度下电极的面积比电阻（ASR）和SDC电解质的导电性。

图2：基于BZCY电解质的四种对称电池在600°C下的Nyquist图，以及不同温度下电极的ASR和BZCY电解质的导电性。

图3：在湿润空气中SDC和BZCY对称电池的导电机制。

图4：四种电极材料的吸水能力。

图5：四种电极材料中质子吸收的分布情况。

图6：单体电池电化学特性。

总结展望

本研究通过对称电池和单体电池测试，首次证实了质子导电的钙钛矿BZCY电解质的质子导电性实际上受到电极性能的影响，并与空气电极的水合作用能力直接相关。

由于钙钛矿氧化物中没有固有的质子，质子是通过氧空位的水合引入的，而电解质并不直接接触湿润的大气，因此水应该通过电极层供应。因此，电解质中的质子浓度依赖于电极的水合能力，具有更好水合能力的电极会在电解质中产生更高的质子浓度，从而提高其导电性。

研究进一步提出了H₂O-TPD-MS技术，首次用于分析各种电极材料的水合能力，并为电解质导电性与电极材料的水合能力之间的直接相关性提供了有力证据。这些新发现为检查质子电解质导电性行为提供了一套简洁的方法，并有助于加深对电解质导电性与附着空气电极属性之间相互关系的理解，最终有利于绿色能源材料科学的发展及其实际应用。

文献信息

标题：Graphene aerogels for efficient energy storage and conversion

期刊：Energy & Environmental Science

DOI：10.1039/D4EE00688G