圖：設計和構造具有最低遷移勢壘的超質子高速通道（A, B）；獲得極其優異的質子電導率（較傳統釔穩定二氧化鋯電解質材料的電導率提升了約3個數量級（C）; 實現了先進燃料電池示范，在520攝氏度，輸出超過1000毫瓦/平方厘米的功率密度（D）。

　　中國地質大學（武漢）燃料電池創新研究團隊首次通過半導體異質界面電子態特性，把質子局域于異質界面，設計和構造出具有最低遷移勢壘的質子通道，從而助推超質子，獲得優異電導率。相關研究成果近日發表于《科學》。中國地質大學（武漢）材料與化學學院副教授吳艷為第一作者，教授朱斌和副研究員宋懷兵為共同通訊作者。

　　燃料電池是繼水力發電、熱能發電和原子能發電之后的第四種發電技術。其潔凈、高效、無污染的特點越來越引起關注。燃料電池技術成為國家能源發展戰略的一個重點領域，高離子電導率的電解質開發是解決目前燃料電池應用問題的關鍵。

　　長期以來，提高電解質離子電導率的方法是通過低價陽離子取代高價陽離子，如摻雜三價銥離子取代結構的四價鋯離子，產生氧空位，進而提高氧離子電導率。但是，結構摻雜的方法無法有效解決燃料電池電解質面臨的百年挑戰，很大程度上阻礙了燃料電池的商業化進程。

　　在傳統質子傳導材料里，質子需要克服巨大的能壘，通過氧空位跳躍前行。本研究相當于給質子“修建高速公路”，即利用半導體異質界面場誘導金屬態，助推超質子又快又好地“跑起來”，從而獲得優異電導率。這與傳統電解質材料電導率相比，提升了3個數量級，并且實現了先進質子陶瓷燃料電池的示范。

　　該研究成果為優良質子傳輸材料和應用提供了創新思路，為質子限域傳輸提供了科學方法，將促進新一代燃料電池研究和發展。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1126/science.aaz9139