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

論文速覽

離子電導率通常被認為是電解質的固有特性，與環境條件無關。基于在對稱電池配置中使用電化學阻抗譜（EIS）對氧離子導電釤摻雜的二氧化鈰和質子導電BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3?δ (BZCY)?的電導率進行的比較研究，本論文首次提出證據表明，缺陷型鈣鈦礦電解質的質子導電性受到電極性能的影響。

通過對比氧離子導電的鈰摻雜釤酸鹽（SDC）和質子導電的BaZr_0.1Ce_0.7Y_0.2O_3?δ?(BZCY)?與四種不同知名電極材料的導電性，結合電化學阻抗譜（EIS）在對稱電池配置中的測試，以及H2O程序升溫解吸質譜實驗（H₂O-TPD-MS）和飛行時間二次離子質譜（TOF-SIMS）實驗的輔助證據，研究揭示了質子導電電解質的導電性與電極的水合能力密切相關。

基于這些發現，文章不僅提出了一套簡潔的電解質導電性行為檢驗方法，還闡明了文獻中關于電解質質子導電性與空氣電極之間相互關系的混淆，為未來清潔能源的發展和實際應用提供了新的視角。

圖文導讀

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

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

圖3：在濕潤空氣中SDC和BZCY對稱電池的導電機制。

圖4：四種電極材料的吸水能力。

圖5：四種電極材料中質子吸收的分布情況。

圖6：單體電池電化學特性。

總結展望

本研究通過對稱電池和單體電池測試，首次證實了質子導電的鈣鈦礦BZCY電解質的質子導電性實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。

由于鈣鈦礦氧化物中沒有固有的質子，質子是通過氧空位的水合引入的，而電解質并不直接接觸濕潤的大氣，因此水應該通過電極層供應。因此，電解質中的質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在電解質中產生更高的質子濃度，從而提高其導電性。

研究進一步提出了H₂O-TPD-MS技術，首次用于分析各種電極材料的水合能力，并為電解質導電性與電極材料的水合能力之間的直接相關性提供了有力證據。這些新發現為檢查質子電解質導電性行為提供了一套簡潔的方法，并有助于加深對電解質導電性與附著空氣電極屬性之間相互關系的理解，最終有利于綠色能源材料科學的發展及其實際應用。

文獻信息

標題：Graphene aerogels for efficient energy storage and conversion

期刊：Energy & Environmental Science

DOI：10.1039/D4EE00688G