Noi materiale cu o conductivitate ridicată de ioni de oxigen deschid orizonturile către un viitor sustenabil

Oamenii de știință de la Institutul imperial de tehnologie de la Tokyo (Tokyo Tech) și de la Institutul de Știință al Structurii Materialelor al Organizației de Cercetare a Acceleratorului de Mare Energie, au descoperit noi materiale pe bază de Ba7Nb4MoO20 cu o conductivitate ridicată de ioni de oxigen (ion oxid O2-) – „oxizi ai perovskit-ului hexagonal”.

Descoperirile deschid noi orizonturi asupra mecanismelor de bază responsabile pentru conductivitatea lor. De asemenea, deschid și calea către descoperirea altor materiale similare. Se continuă astfel cercetările privind dezvoltarea tehnologiilor de energie regenerabilă cu costuri reduse și scalabile, conform Phys.

• De ce unii fizicieni cred că trăim într-o gaură neagră?
• Când ar putea fi construită prima cale ferată pe Lună?

Celulele de combustibil cu ioni de oxid devin din ce în ce mai eficiente

În ultimii ani, pilele de combustibil au devenit un punct principal de cercetare în tehnologia ecologică. Acest lucru se datorează abilităților lor superioare de a stoca și produce energie regenerabilă și combustibil curat. Un exemplu tipic de pilă de combustibil care câștigă teren în domeniu este celula de combustie conducătoare de ioni de oxid. Aceasta este realizată în principal din materiale prin care ionii de oxid (ioni de oxigen: O^2-) se pot mișca cu ușurință.

Noile materiale au o conductivitate mai mare la temperaturi scăzute și intermediare. Oferă o serie de avantaje față de celulele de combustibil utilizate în mod obișnuit pe baza electroliților de zirconiu yttria-stabilizați (YSZ). Niște exemple ar fi o eficiență mai mare de generare a energiei, o durată mai lungă de viață și costuri mai mici.

Cu toate acestea, doar un număr limitat de astfel de materiale sunt cunoscute. Aplicarea lor la dezvoltarea pilelor de combustibil a rămas în mare parte aplicabilă doar în laborator. Pentru a realiza cu adevărat o economie energetică durabilă, trebuie descoperiți noi conductori de ioni oxid cu conductivitate ridicată care să permită extinderea eficientă a acestor tehnologii la un cost redus și eficient.

Oxizii perovskit-ului hexagonal, materialele viitorului

Oamenii de știință de la Tokyo Tech, Imperial și KEK și-au propus să răspundă acestei nevoi. Într-un studiu recent, au identificat un nou material conducător de ioni de oxid. Acesta ar putea reprezenta o întreagă familie de conductori de ioni de oxid.

Materialul în cauză are formula chimică Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05 și este clasificat ca „oxid al perovskit-ului hexagonal”. Prof. Masatomo Yashima, care a condus studiul, explică: „Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05 prezintă o gamă largă de stabilitate și conducere predominant ion-oxid în intervalul de presiune parțială a oxigenului de la 2×10^-26 la 1 atm.

În mod surprinzător, conductivitatea Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05, 5.8 × 10^-4 S/cm, este remarcabil de ridicată la 310 ° C. De asemenea, este mai mare decât a materialelor pe bază de oxid de bismut și zirconiu. Prof. Stephen Skinner susține că transportul rapid al ionilor de oxid a fost confirmat fără echivoc folosind tehnica de difuzie a trasorului ¹⁸O.

Noi materiale cu o conductivitate ridicată de ioni-oxid

Prof. Yashima și echipa sa remarcă faptul că structura cristalină a Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05 conține straturi cu deficit de oxigen. Conductivitatea sa ridicată de ioni oxid este atribuită migrației ionilor de oxid pe straturile c ‘. De fapt, ei reușesc să vizualizeze experimental căile de difuzie a ionului de oxid O1-O₅ prin măsurătorile de difracție a neutronilor la o temperatură ridicată de 800 de grade cu difractometru SuperHRPD al grupului Prof Takashi Kamiyama de la KEK / J-PARC.

Prof. Yashima spune că ionii de oxid migrează prin mecanismul de difuzie interstițială prin siturile O5 octaedrice interstițiale și O1 reticulate tetraedrice și căile de difuzie (tetraedrică) – (octaedrică) pe stratul c’ în Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05 sunt aceleași ca cele dintr-un alt oxid al perovskit-ului hexagonal, Ba₃MoNbO_8.5-δ.

Prin urmare, Prof. Yashima și echipa sa susțin că „Trăsătura comună a mecanismului de difuzie ar fi un ghid pentru proiectarea conductoarelor de ioni oxid cu structurile legate de perovskit-ul hexagonal. Constatarea actuală a conductivităților ridicate de ioni oxid în Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.0 sugerează capacitatea diferiților oxizi înrudiți cu perovskitul hexagonal de a fi conductori superiori de ioni-oxid.”

Vă recomandăm să citiți și:

Compusul care face ca ardeii iuți să fie picanți crește, de asemenea, performanța celulelor solare făcute din perovskit

Perovskitul, minereul minune din care pot fi realizate celule solare care rezistă până la 10.000 de ore

Cercetătorii ar fi aflat în sfârșit ce respirau formele de viață de pe Pământ înainte de apariția oxigenului

A fost identificat un organism care nu are nevoie de oxigen pentru a supravieţui