575160001-ADF DSDP 170 ABB脉冲计数模块

　　中温设备使用所谓的质子陶瓷电化学电池。每个电池都是一个三明治，两个多孔电极之间有一层致密的电解质。水蒸气被泵入顶部电极。侧面的导线连接两个电极，外部产生的电流从上到下运行。电压将电子从水中拉出，使分子分裂，释放氧气。没有电子的氢原子只是一个质子。质子被拉过电解质，与底部电极上的电子重新结合，形成 H 2分子，然后将其收集起来。

　　就其本身而言，中间的电解质主要由钡、铈和锆制成，可以很好地传导质子。“但是当我们将相同的材料放入这个三层装置中时，整个电池的质子传导性非常差，”麻省理工学院核科学与工程系博士后、论文合著者 Yanhao Dong 说。“它的电导率只有散装形式的 50% 左右。我们想知道为什么这里有不一致的地方。”

　　一些线索为他们指明了正确的方向。首先，如果他们没有非常仔细地准备电池，只有大约 20 微米（0.02 毫米）厚的顶层不会保持附着状态。“有时如果你只使用透明胶带，它会剥落，”董说。其次，当他们用扫描电子显微镜观察设备的横截面时，他们看到电解质层的顶面是平坦的，而坐在上面的多孔电极的底面是凹凸不平的，两者进入只在几个地方联系。他们没有很好的结合。这种不稳定的界面会导致结构分层和从电极到电解质的质子通道不良。

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　　The intermediate-temperature devices use what are called protonic ceramic electrochemical cells. Each cell is a sandwich, with a dense electrolyte layered between two porous electrodes. Water vapor is pumped into the top electrode. A wire on the side connects the two electrodes, and externally generated electricity runs from the top to the bottom. The voltage pulls electrons out of the water, which splits the molecule, releasing oxygen. A hydrogen atom without an electron is just a proton. The protons get pulled through the electrolyte to rejoin with the electrons at the bottom electrode and form H2 molecules, which are then collected.

　　On its own, the electrolyte in the middle, made mainly of barium, cerium, and zirconium, conducts protons very well. “But when we put the same material into this three-layer device, the proton conductivity of the full cell is pretty bad,” says Yanhao Dong, a postdoc in MIT’s Department of Nuclear Science and Engineering and a paper co-author. “Its conductivity is only about 50 percent of the bulk form’s. We wondered why there’s an inconsistency here.”

　　A couple of clues pointed them in the right direction. First, if they don’t prepare the cell very carefully, the top layer, only about 20 microns (.02 millimeters) thick, doesn’t stay attached. “Sometimes if you use just Scotch tape, it will peel off,” Dong says. Second, when they looked at a cross section of a device using a scanning electron microscope, they saw that the top surface of the electrolyte layer was flat, whereas the bottom surface of the porous electrode sitting on it was bumpy, and the two came into contact in only a few places. They didn’t bond well. That precarious interface leads to both structural de-lamination and poor proton passage from the electrode to the electrolyte.