氫離子導體

由於氫離子導體(或稱質子導體)在能源及電化學器件的套用前景，引起人們的研究興趣與重視。一種經濟又無污染的儲能方法是：水電解得到氫，再將氫作為燃料，通過氫氧燃料電池來發電，在此過程中氫和氧又化合成水。這種理想的循環可以藉助水電解池和氫氧燃料電池的聯用來實現。

基本介紹

• 中文名：氫離子導體
• 外文名：Hydrogen ion conductor
• 又稱：質子導體
• 分類：單晶體和多晶體
• 套用：能源及電化學器件
• 實現方法：藉助水電解池和氫氧燃料電池聯用

種類

氫離子導體有許多種，其中某些質子β-Al₂O₃具有較高的室溫電導率，其他無機氫離子導體和有機氫離子導體的電導率較小。Naβ-Al₂O₃是人們熟知的二維傳導的鈉離子導體，它是由被鈉氧層分開的尖晶石基塊所構成，鈉氧層中的鈉離子可被多種一價離子所置換而成為各種不同的離子導體。在可置換的一價離子中，包含氫離子以及能產生氫離子的H₃O⁺和NH⁴⁺才，所以具有質子電導的H⁺β-Al₂O₃。有三種：H⁺β-Al₂O₃、H₃Oβ-Al₂O₃和NH⁴⁺β-Al₂O₃，分為單晶體和多晶體，多晶體才可能實際套用。

質子種類

質子在固體中的傳導可分為兩類：一類是在具有氫鍵的化合物中的傳導；另一類是在沒有氫鍵的化合物中的傳導。已知的質子導體大部分具有氫鍵，它們的傳導機理是通過氫離子的躍遷並伴隨者分子的轉動。氫離子導體可以是無機化合物也可以是有機化合物，前者稱為無機氫離子導體，而後者稱為有機氫離子導體；無機氫離子導體主要有雜多酸、粘土及氫離子β-Al₂O₃三大類。其中以H₃(PMo₁₂O₄)·₃₀H₂O(又稱PMA)和H₃₍PMo₁₂O₄)·₂₉H₂O(又稱PWA)兩種雜多酸的電導率最高，室溫可達10^-1Ω^-1.cm^-1。

雜多酸體系

在雜多酸中氫離子通過氫鍵傳導，而在氫蒙脫石粘土中則是通過間隙運動遷移。氫離子β-Al₂O₃有三種，即H⁺β-Al₂O₃、H₃Oβ-Al₂O₃。和NH⁴⁺β-Al₂O₃，可由Naβ-Al₂O₃進行離子交換而製得，它們的氫離子電導率均較低。有機氫離子導體品種較少，且.一般電導率小於無機氫離子導體。 在三亞乙基二胺(CH2N2)以及六亞甲基四胺(CH2N4)與硫酸的系統中存在較好的氫離子導體。無氫鍵的質子導體有三價稀土氧化物摻雜的SrCeO3和BaCeO3等，能承受較高的溫度。如摻雜SrCeO3的電導率在1000C時達10^-1Ω^-1·cm^-1，氫離子導體的特點為具有良好的室溫傳導性，因而能在室濕工作，可套用於固態電色顯示器、氫敏元件及燃料電池等。

套用

由於氫離子導體(或稱質子導體)在能源及電化學器件等方面潛在的套用前景，引起人們的研究興趣與重視。一種經濟又無污染的儲能方法是：將水電解得到氫，再將氫作為燃料，通過氫氧燃料電池來發電，在此過程中，氫和氧又化合成水。這種理想的循環可以藉助水電解池和氫氧燃料電池的聯用來實現。在該循環中，水電解和氫氧燃料電池發電，均需要氫離子導體或氧離子導體作為隔膜材料。