用新的鈣鈦礦相關(guān)氧化物離子導體為未來加油

東京理工大學、Kojundo 化學實驗室有限公司和澳大利亞核科學技術(shù)組織 (ANSTO) 的科學家在最近的一項研究中報道了基于新的六方鈣鈦礦相關(guān)氧化物的穩(wěn)定和高氧化物離子導體。這些高性能氧化物離子導體可以為下一代電池和清潔能源設(shè)備(如固體氧化物燃料電池)的固體電解質(zhì)的開發(fā)鋪平道路。

現(xiàn)代技術(shù)時代對清潔能源和高性能設(shè)備的需求不斷增長，要求開發(fā)替代能源材料。特別是，氧化物離子導體在這方面引起了很多關(guān)注。晶體結(jié)構(gòu)中高度移動的氧化物離子的存在賦予這些材料獨特的電子特性，在固體氧化物燃料電池 (SOFC) 的設(shè)計中具有潛在應(yīng)用，這是一種很有前途的清潔能源技術(shù)。

為了開發(fā)高效的 SOFC，需要具有高電導率和化學和電穩(wěn)定性的固體氧化物離子導體。不幸的是，傳統(tǒng)的氧化物離子導體在 700°C 以下不能表現(xiàn)出足夠的導電性。因此，一種在較低溫度 (300 – 600 °C) 下具有高離子電導率的替代材料備受追捧。

幸運的是，鈣鈦礦型氧化物可以解決問題。特別是，據(jù)報道，由鋇 (Ba)、鉬 (Mo) 和鈮 (Nb) 氧化物組成的六方鈣鈦礦衍生物具有高離子電導率。然而，某些缺點仍然存在：晶體結(jié)構(gòu)間隙空間中高傳導所需的氧量仍然很低，電子傳導與還原氣氛中的離子傳導競爭并阻礙離子傳導，衍射技術(shù)無法發(fā)光關(guān)于潛在的氧遷移機制。

在近期發(fā)表在Small(DOI: 10.1002/smll.202106785) 上的一項研究中，由東京工業(yè)大學 (Tokyo Tech) 的 Masatomo Yashima 教授領(lǐng)導的一組研究人員解決了這些問題。該團隊開發(fā)了一種新的六方鈣鈦礦相關(guān)氧化物，Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15，在中低溫下表現(xiàn)出優(yōu)異的離子傳導性。“我們的目標是設(shè)計允許將大量間隙氧引入其結(jié)構(gòu)并在中低溫下顯示出高導電性的材料。此外，離子傳導在還原氣氛中仍然占主導地位，”矢島教授詳細說明。這項研究來自東京工業(yè)大學、 Kojundo 化學實驗室有限公司和澳大利亞核科學與技術(shù)組織 (ANSTO) 的合作研究。

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