Brændstof for fremtiden med nye perovskit-relaterede oxid-ion-ledere

Stabile og højoxid-ion-ledere baseret på en ny sekskantet perovskit-relateret oxid er blevet rapporteret af forskere ved Tokyo Tech, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd. og Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO) i en nylig undersøgelse. Disse højtydende oxid-ion-ledere kunne bane vejen for udviklingen af ​​faste elektrolytter til næste generations batterier og rene energienheder såsom fastoxid-brændselsceller.

Den stadigt stigende efterspørgsel efter ren energi og højtydende enheder i den moderne teknologiske æra har krævet udviklingen af ​​alternative energimaterialer. Især oxid-ion-ledere har fået stor opmærksomhed på denne front. Tilstedeværelsen af ​​meget mobile oxidioner i deres krystalstruktur giver unikke elektroniske egenskaber til disse materialer med potentielle anvendelser i design af fastoxidbrændselsceller (SOFC'er), en lovende teknologi til at generere ren energi.

For at udvikle effektive SOFC'er er faste oxid-ion-ledere med høj ledningsevne og kemisk og elektrisk stabilitet nødvendige. Desværre viser konventionelle oxid-ion-ledere ikke tilstrækkelig ledningsevne under 700 grader Celsius. Et alternativt materiale med høj ionledningsevne ved lavere temperaturer (300 til 600 grader Celsius) er derfor meget eftertragtet.

Heldigvis kunne oxider af perovskit-typen komme til undsætning. Især hexagonale perovskitderivater sammensat af barium (Ba), molybdæn (Mo) og niobium (Nb) oxider er blevet rapporteret at udvise høj ionisk ledningsevne. Der er dog stadig visse ulemper:mængden af ​​oxygen i krystalstrukturens interstitielle rum, som er nødvendig for høj ledning, er stadig lav, elektronisk ledning konkurrerer med og hæmmer ionisk ledning i en reducerende atmosfære, og diffraktionsteknikker er ude af stand til at kaste lys på den underliggende iltmigreringsmekanisme.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Small , et team af forskere ledet af prof. Masatomo Yashima fra Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, behandlede disse spørgsmål. Holdet udviklede et nyt sekskantet perovskit-relateret oxid, Ba₇ Ta_3.7 Mo_1.3 O_20.15 , som viste fremragende ionledning ved mellemliggende og lave temperaturer. "Vi havde til formål at designe materialer, der gjorde det muligt at indføre et stort antal interstitielle oxygener i deres struktur og viste høj ledningsevne ved mellemliggende og lave temperaturer. Derudover forblev ionledningen dominerende i en reducerende atmosfære," uddyber prof. Yashima. Denne undersøgelse kom fra forskningssamarbejde udført af Tokyo Tech, Japan, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd., Japan, og Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO), Australien.

Holdet udførte derefter strukturelle analyser af materialerne ved hjælp af en kombination af synkrotronrøntgen- og neutrondiffraktionsdata og numeriske beregninger. De fandt ud af, at introduktion af tantal (Ta) i strukturen resulterede i forbedret stabilitet og et større antal interstitielle oxygener sammenlignet med de andre hexagonale perovskit-relaterede oxider. Derudover viste analyserne og beregningerne, at Mo-ionerne fortrinsvis optog de iltmangelfulde lag, der var ansvarlige for oxid-ion-ledningen.

Holdet er glade for disse resultater, og Prof. Yashima er optimistisk med hensyn til deres praktiske konsekvenser. "Resultaterne opnået i vores undersøgelse kan give en effektiv strategi for udvikling og kommercialisering af SOFC'er," forventer han. + Udforsk yderligere

Nye materialer med høj ilt-ion-ledningsevne åbner en bæredygtig fremtid