Il giornale delle leghe e dei composti ha pubblicato un articolo coautore dell'Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry (il ramo degli Urali dell'Accademia delle scienze russa), il Centro Internazionale di Fisica di Donostia, e l'HSE Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics sulle caratteristiche degli ossidi di perovskite cubica doppia. Ad oggi, le misurazioni sperimentali delle caratteristiche dei minerali non hanno corrisposto ai risultati della modellizzazione teorica. Il lavoro segna la prima volta che i ricercatori si sono dati il compito di spiegare questa disparità. I dati ottenuti consentiranno ai ricercatori di migliorare le tecnologie delle celle a combustibile a bassa temperatura, una delle principali alternative alle attuali fonti di elettricità.
C'è un crescente sostegno tra i ricercatori per l'uso di celle a combustibile invece di batterie galvaniche più ampiamente conosciute. Le batterie tipiche contengono quantità limitate di sostanze utilizzate per generare elettricità:una volta che la batteria esaurisce il carburante, smette di funzionare. Nelle celle a combustibile, il combustibile a idrogeno si mescola con l'ossigeno per generare elettricità, calore, e acqua, con il combustibile alimentato dall'esterno e l'ossigeno prelevato dall'aria. Ciò significa che tali batterie possono funzionare finché hanno un'alimentazione stabile. L'unico sottoprodotto del processo è l'acqua, che rende le celle un'alternativa ecologica alle batterie a base di manganese o zinco, che devono essere smaltiti alla fine della loro vita.
Le celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) sono una tecnologia sempre più promettente. Le celle utilizzano un materiale ceramico (come il biossido di zirconio) come elettrolita, un mezzo tra gli elettrodi caricati positivamente e negativamente. I vantaggi delle celle a combustibile ad ossido solido includono un'elevata efficienza, affidabilità, la capacità di essere alimentato da diversi tipi di carburante, e un costo relativamente basso.
Inoltre, a differenza di altri tipi di celle a combustibile, Le SOFC non devono necessariamente essere piatte con un elettrolita tra gli elettrodi. Possono assumere forme diverse, come tubi attraverso i quali l'aria o il carburante scorre attraverso il lato interno, con un altro gas che scorre lungo il lato esterno.
Le celle a combustibile ad ossido solido hanno anche uno svantaggio principale:richiedono temperature elevate (circa 500-1000°C) per sostenere le necessarie reazioni chimiche. Sono necessari costosi catalizzatori al platino per utilizzare le SOFC a temperature più basse, che aumenta immensamente il costo delle celle a combustibile.
Per questa ragione, molti ricercatori hanno cercato modi per ridurre le temperature di esercizio delle celle a combustibile ad ossido solido senza compromettere l'efficienza della loro generazione di elettricità. Le aree di ricerca nel campo includono la ricerca di catalizzatori altamente attivi per le reazioni richieste, lo sviluppo di tecniche per sintetizzare componenti SOFC, e la creazione di materiali efficaci per gli elettrodi.
I ricercatori hanno proposto di utilizzare minerali simili alla perovskite come elettroliti con le proprietà richieste per l'applicazione industriale. Le perovskiti sono una classe di minerali composta da due ioni con carica negativa e uno ione con carica positiva attaccati l'uno all'altro. Gli autori hanno proposto di utilizzare ossido complesso di molibdati con la doppia struttura perovskite A 2 MeMoO 6 , dove A rappresenta il calcio, stronzio, o bario, e Me rappresenta metalli 3d o magnesio.
Le composizioni in cui A =stronzio e Me =magnesio o nichel sono state identificate come le più promettenti. Questi ossidi mostrano una buona conduttività elettrica in condizioni riducenti, nonché una tolleranza alle impurità di zolfo e ossido di carbonio nel gas combustibile.
Nonostante il loro fascino da un punto di vista pratico, le proprietà di doppi ossidi di molibdeno simili a perovskite come Sr 2 Mg 1−x Ni X Muggire 6 non sono completamente comprese. Le misurazioni sperimentali delle proprietà delle sostanze differiscono dalle previsioni teoriche derivate dalla modellazione computazionale, che sono essi stessi fortemente dipendenti dalle ipotesi iniziali e dal codice software utilizzato.
Gli autori dell'articolo hanno fatto il primo tentativo di combinare la modellazione al computer dello spettro elettronico della sostanza con i dati sperimentali di come Sr 2 Mg 1-x Ni X Muggire 6 conduce corrente elettrica. I risultati supportano la natura semiconduttiva di Sr 2 Mg 1-x NixMoO 6 conducibilità. Come nei metalli, il movimento di particelle cariche nei semiconduttori genera una corrente elettrica. Però, nei metalli, la presenza di elettroni liberi è dovuta alla struttura della sostanza e ai legami elettronici negli atomi, mentre la presenza di portatori di carica nei semiconduttori è determinata da numerosi fattori, i più importanti dei quali sono la purezza e la temperatura del semiconduttore.
I ricercatori concordano sul fatto che i semiconduttori possono essere efficacemente utilizzati come elettroliti nelle celle a combustibile grazie alle loro buone caratteristiche elettrochimiche e all'elevata conduttività ionica. Ritengono che ulteriori studi sugli ossidi simili alla doppia perovskite offriranno nuove opportunità per utilizzare questo materiale promettente in varie tecnologie energetiche.
