Forskere manipulerer cubic zirconia for at forbedre ledningsevnen i brændselsceller

(Phys.org) —Cubic zirconia har længe været begunstiget til brug i kostumesmykker. Kendt videnskabeligt som yttria-stabiliseret zirconia, det er også en kendt leder af ilt, hvilket gør den nyttig som elektrolyt i fastoxidbrændselsceller.

Forskere ved University of Delaware fremstillede for nylig materialet til meget tynde film på overfladen af ​​safirkrystaller ved hjælp af en teknik kaldet sputtering for at bestemme, om ledningsevnen for ilt kunne forbedres, gør det muligt for fastoxidbrændselsceller at blive en mere økonomisk og effektiv elektrisk strømkilde.

I deres undersøgelse, Joshua Hertz og hans team undersøgte effekten af ​​at reducere tykkelsen af ​​den yttria-stabiliserede zirconia ned til omkring 6 nanometer - omkring 20 atomer tyk.

Forskerholdet fandt ud af, at en konsekvens af at gøre materialet så tyndt er, at afstanden mellem atomerne øges, strækker sig så meget som omkring 2 procent.

"Det kan lyde som et lille beløb, men det repræsenterer en meget stor effekt for dette materiale, hvilken, som de fleste keramik, strækker sig ikke let, " forklarede Hertz, adjunkt i maskinteknik.

Vigtigere, strækningen øgede materialets iltledningsevne med en faktor 10.

Denne forbedrede ledningsevne kan åbne døren for mere effektive og holdbare elektrokemiske enheder i fast tilstand som fastoxidbrændselsceller og iltsensorer, der kan fungere ved reducerede temperaturer.

Holdet rapporterede deres resultater i Anvendt fysik bogstaver , et videnskabeligt tidsskrift med stor gennemslagskraft. Artiklen har titlen "Forbedret ionisk ledningsevne i strained yttria-stabiliseret zirconia tynde film."

"Vi mener, at lignende metoder kan være nyttige for batterier og andre enheder, der bruger forskellige faste elektrolytmaterialer, " tilføjede avisens hovedforfatter Jun Jiang, en UD-ph.d.-studerende, der studerer materialevidenskab og teknik.