Scienziati del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Imperial and High Energy Accelerator Research Organization (KEK) Institute of Materials Structure Science, scopri il nuovo Ba ₇ Nb ₄ Muggire ₂₀ a base di materiali ad alto contenuto di ioni di ossigeno (ossido di ioni O ^2- ) conduttività - "gli ossidi esagonali correlati alla perovskite" - e fanno luce sui meccanismi sottostanti responsabili della loro conduttività. Le loro scoperte aprono la strada alla scoperta di altri materiali simili, promuovere la ricerca sullo sviluppo di tecnologie energetiche rinnovabili a basso costo e scalabili.

Negli ultimi anni, le celle a combustibile sono diventate un punto focale della ricerca sulla tecnologia eco-compatibile grazie alle loro capacità superiori di immagazzinare e produrre energia rinnovabile e carburante pulito. Un tipico tipo di cella a combustibile che sta guadagnando terreno è la cella a combustibile a conduzione di ioni di ossido, costituito principalmente da materiali attraverso i quali gli ioni di ossido (ioni di ossigeno:O ^2- ), può muoversi facilmente. Nuovi materiali con maggiore conducibilità alle basse e intermedie temperature, offrono una serie di vantaggi rispetto alle celle a combustibile comunemente utilizzate basate su elettroliti di zirconia stabilizzata con ittrio (YSZ), come una maggiore efficienza di generazione di energia, vite più lunghe, e costi inferiori.

Però, solo un numero limitato di tali materiali è noto e la loro applicazione allo sviluppo di celle a combustibile è rimasta in gran parte su scala di laboratorio. Per realizzare veramente un'economia energetica sostenibile, devono essere scoperti nuovi conduttori di ioni di ossido con elevata conduttività che possono consentire un ridimensionamento efficiente ea basso costo di queste tecnologie.

Scienziati della Tokyo Tech, Imperial e KEK si sono proposti di rispondere a questa esigenza, e in un recente studio, identificato un nuovo materiale conduttore di ioni ossido che potrebbe essere un rappresentante di un'intera famiglia di conduttori di ioni ossido.

Il materiale in questione ha la formula chimica Ba ₇ Nb _3.9 Mo _1.1 oh _20.05 ed è classificato come "ossido correlato alla perovskite esagonale". Prof Masatomo Yashima, che ha condotto lo studio, spiega:"Ba ₇ Nb _3.9 Mo _1.1 oh _20.05 mostra un ampio intervallo di stabilità e prevalentemente conduzione di ioni ossido nell'intervallo di pressione parziale dell'ossigeno da 2x10 ^-26 a 1 atm. Sorprendentemente, conduttività di massa di Ba ₇ Nb _3.9 Mo _1.1 oh _20.05 , 5,8 × 10 pollici ^-4 m/cm, è notevolmente alto a 310 ° C, e superiore rispetto ai materiali a base di ossido di bismuto e zirconia. Il professor Stephen Skinner commenta che il trasporto di ioni ossido veloce è stato confermato senza ambiguità usando il ¹⁸ O tecnica di diffusione del tracciante presso Imperial.

Il professor Yashima e il suo team notano che la struttura cristallina di Ba ₇ Nb _3.9 Mo _1.1 oh _20.05 contiene strati carenti di ossigeno, e che la sua elevata conducibilità ossido-ione è attribuibile alla migrazione ossido-ione sugli strati c'. Infatti, riescono nella visualizzazione sperimentale di O1-O ₅ percorsi di diffusione degli ioni ossido mediante misure di diffrazione di neutroni ad alta temperatura 800 oC con diffrattometro SuperHRPD del gruppo del Prof Takashi Kamiyama al KEK/J-PARC. Il prof. Yashima afferma che gli ioni ossido migrano tramite il meccanismo di diffusione interstiziale attraverso i siti di ossigeno interstiziale ottaedrico O5 e reticolo tetraedrico O1 e che i percorsi di diffusione (tetraedrico)-(ottaedrico) sullo strato c' in Ba ₇ Nb _3.9 Mo _1.1 oh _20.05 è lo stesso di quelli in un altro ossido esagonale correlato alla perovskite Ba ₃ MoNbO _8.5-δ . Perciò, Il professor Yashima e il suo team affermano che "La caratteristica comune del meccanismo di diffusione sarebbe una guida per la progettazione di conduttori di ioni di ossido con le strutture esagonali correlate alla perovskite e che l'attuale scoperta di elevate conducibilità di ioni di ossido in Ba senza terre rare ₇ Nb _3.9 Mo _1.1 oh _20.05 suggerisce la capacità di vari ossidi correlati alla perovskite esagonale come conduttori di ioni ossido superiori".