将钙钛矿用于燃料动力电池会怎样？可降低电池工作温度并替换掉昂贵铂催化剂

《合金与化合物》杂志发表了一篇由固态化学和机械化学研究所（俄罗斯科学院乌拉尔分院）、多诺斯蒂亚国际物理中心和HSETikhonov莫斯科电子和数学研究所共同撰写的关于立方双钙钛矿特性的文章。迄今为止，对矿物特性的实验测量与理论建模的结果并不一致。这项工作标志着研究人员首次为自己设定了解释这种差异的任务。获得的数据将使研究人员能够改进低温燃料电池技术--目前电力来源的主要替代品之一。

越来越多的研究人员支持使用燃料电池来代替更广为人知的电化电池。典型的电池包含有限数量的用于发电的物质-一旦电池的燃料耗尽，它就停止工作。在燃料电池中，氢气燃料与氧气混合产生电力、热量和水，燃料来自外部，氧气来自空气。这意味着只要有稳定的电力供应，这种电池就可以运行。该过程的唯一副产品是水，这使得这种电池成为锰基或锌基电池的环保替代品，后者必须在其寿命结束时被处理掉。

固体氧化物燃料电池（SOFCs）是一种越来越有前景的技术。这种电池使用一种陶瓷材料（如二氧化锆）作为电解质--正负电极之间的介质。固体氧化物燃料电池的优点包括高效率、可靠性、能够由不同种类的燃料驱动，以及相对较低的成本。

此外，与其他类型的燃料电池不同，固体氧化物燃料电池不一定需要在电极之间有电解质的平面。它们可以采取不同的形式，如管子，空气或燃料从内侧流过，另一种气体沿着外侧流过。

固体氧化物燃料电池也有一个主要缺点。它们需要高温（大约500-1000°C）来维持必要的化学反应。在较低的温度下使用SOFC需要昂贵的铂金催化剂，这极大地增加了燃料电池的成本。

出于这个原因，许多研究人员一直在寻找降低固体氧化物燃料电池的工作温度而不影响其发电效率的方法。该领域的研究领域包括寻找所需反应的高活性催化剂，开发合成SOFC组件的技术，以及创造有效的电极材料。

研究人员建议使用具有工业应用所需特性的钙钛矿类矿物作为电解质。过氧化物是一类由两个带负电的离子和一个带正电的离子相互连接而成的矿物。作者提议使用具有双过氧化物结构A2MeMoO6的钼酸盐复合氧化物，其中A代表钙、锶或钡，而Me代表三维金属或镁。

其中A=锶和Me=镁或镍的组合已被确定为最有希望的。这些氧化物在还原条件下表现出良好的导电性，以及对燃料气体中硫和碳氧化物杂质的耐受性。

尽管从实用的角度来看它们很有吸引力，但人们对双过氧化物（如Sr2Mg1-xNixMoO6）的特性并不完全了解。对这些物质特性的实验测量与通过计算模型得出的理论预测不同，而计算模型本身又高度依赖于初始假设和使用的软件代码。

这篇文章的作者首次尝试将该物质的电子光谱的计算机建模与Sr2Mg1-xNixMoO6如何传导电流的实验数据结合起来。结果支持Sr2Mg1-xNixMoO6导电性的半导电性质。正如在金属中一样，半导体中带电粒子的运动产生了电流。然而，在金属中，自由电子的存在是由于物质的结构和原子中的电子键，而半导体中电荷载流子的存在是由许多因素决定的，其中最重要的是半导体的纯度和温度。

研究人员一致认为，由于半导体具有良好的电化学特性和高离子导电性，因此可以有效地用作燃料电池的电解质。他们认为，对双钙钛矿的进一步研究将为在各种能源技术中使用这种有前途的材料提供新的机会。