近日，东京科学大学的研究团队在燃料电池技术领域取得了突破性进展，他们成功开发出一种基于铷元素的新材料，这种材料有望极大提升燃料电池的性能。
该研究成果由东京科学大学化学系教授八岛正知领导的研究团队完成。这种新材料以其卓越的导电性能脱颖而出，特别是在氧离子的传输效率上，展现出了前所未有的优势。这对于推动固体氧化物燃料电池（SOFC）等清洁能源技术的实用化和经济化具有重要意义。
固体氧化物燃料电池作为一种高效的电化学设备，能够将燃料的化学能直接转化为电能，同时产生极低的环境影响。其灵活性在于能够使用多种燃料，包括天然气、沼气和某些液态碳氢化合物，这使得SOFC在向氢经济转型的过程中具有独特的价值。然而，尽管SOFC具有变革性的潜力，但其高昂的制造成本、较差的耐久性以及需要在极高温度下运行等固有问题，一直阻碍着其广泛应用。
为了克服这些障碍，研究人员在全球范围内展开了对新型氧化物离子导体的探索。东京科学大学的研究团队将目光聚焦在了铷基材料上，他们相信铷的独特性质能够为燃料电池内部氧离子的快速移动提供理想的解决方案。
研究团队通过一系列复杂的计算和实验过程，最终确定了Rb5BiMo4O16作为一种极具前景的候选材料。这种材料在300°C时展现出了高达0.14mS/cm的氧化物离子电导率，这一数值是稳定氧化钇在相同温度下的29倍，足以与当前领先的氧化离子导体相媲美。
研究团队进一步揭示了Rb5BiMo4O16具有如此卓越性能的原因。他们发现，铷的大原子尺寸有助于在晶体结构中产生更多的间隙，为氧离子的移动提供了有利条件。同时，材料中MoO₄四面体的旋转和排列以及氧原子的各向异性大热振动也增强了氧化物离子的导电性。具有孤对电子的铋阳离子的存在也对降低氧化物离子迁移的活化能起到了关键作用。
Rb5BiMo4O16不仅在高温下表现出色，而且在各种极端条件下，如二氧化碳流、湿空气流以及湿氮气中含5%氢气的流体中，都展现出了极高的稳定性。该材料在约21°C的水中也保持稳定，这为其在固体氧化物燃料电池和清洁能源技术中的应用提供了广阔的前景。
八岛教授表示：“发现具有高导电性和高稳定性的含铷氧化物可能为氧化物离子导体的发展开辟一条新途径。我们期望这些进展能够为含铷氧化物带来新的应用和市场，并有助于降低固体氧化物燃料电池的工作温度和成本。”这一研究成果的发表，标志着东京科学大学在燃料电池技术领域取得了重要突破，也为全球清洁能源技术的发展注入了新的活力。
