Cientistas do Instituto de Tecnologia de Ta³quio (Tokyo Tech), do Instituto Imperial e da Organização de Pesquisa do Acelerador de Alta Energia (KEK) do Instituto de Ciência da Estrutura de Materiais, descobrem novos materiais a  base de Ba 7 Nb 4 MoO 20 com alto a­on-oxigaªnio (a­on a³xido O 2- ) condutividades - "os a³xidos relacionados a  perovskita hexagonal" - e lana§ar luz sobre os mecanismos subjacentes responsa¡veis ​​por sua condutividade. Suas descobertas abrem caminho para a descoberta de outros materiais semelhantes, promovendo pesquisas sobre o desenvolvimento de tecnologias de energia renova¡vel escalona¡veis ​​e de baixo custo.

Nos últimos anos, as células de combusta­vel se tornaram um ponto focal de pesquisa em tecnologia amiga do ambiente por causa de sua capacidade superior de armazenar e produzir energia renova¡vel e combusta­vel limpo. Um tipo ta­pico de canãlula de combusta­vel ganhando terreno éa canãlula de combusta­vel condutora de a­on a³xido , que éfeita principalmente de materiais atravanãs dos quais os a­ons de a³xido (a­ons de oxigaªnio: O 2- ) podem se mover facilmente. Novos materiais com maior condutividade em temperaturas baixas e intermedia¡rias oferecem uma sanãrie de vantagens sobre as células de combusta­vel comumente usadas com base em eletra³litos de zirca´nia estabilizada com a­tria (YSZ), como maior eficiência de geração de energia, vida útil mais longa e custos mais baixos.

No entanto, apenas um número limitado de tais materiais éconhecido e sua aplicação no desenvolvimento de células de combusta­vel permaneceu amplamente em escala de laboratório. Para realmente alcana§ar uma economia de energia sustenta¡vel, novos condutores de a­ons de a³xido com alta condutividade precisam ser descobertos, o que pode permitir um aumento de escala eficiente e de baixo custo dessas tecnologias.

Cientistas da Tokyo Tech, Imperial e KEK se propuseram a atender a essa necessidade e, em um estudo recente, identificaram um novo material condutor de a³xido-a­on que pode ser um representante de uma familia inteira de condutores a³xido-a­on.

O material em questãotem a fa³rmula química Ba 7 Nb 3,9 Mo 1,1 O 20,05 e éclassificado como um "a³xido relacionado a  perovskita hexagonal". O professor Masatomo Yashima, que liderou o estudo, explica: "Ba 7 Nb 3,9 Mo 1,1 O 20,05 mostra uma ampla faixa de estabilidade e condução predominantemente de a­on a³xido na faixa de pressão parcial de oxigaªnio de 2x10 -26 a 1 atm. Surpreendentemente, a condutividade total de Ba 7 Nb 3,9 Mo 1,1 O 20,05 , 5,8 a— 10 -4S / cm, énotavelmente alto a 310 ° C e mais alto do que os materiais a  base de a³xido de bismuto e zirca´nia. O professor Stephen Skinner comenta que o transporte rápido de a­ons a³xido foi inequivocamente confirmado usando a técnica de difusão do trazdor 18 O em Imperial.

 

O professor Yashima e sua equipe observam que a estrutura cristalina do Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05 contanãm camadas deficientes em oxigaªnio e que sua alta condutividade a³xido-a­on éatribua­vel a  migração a³xido-a­on nas camadas c '. Na verdade, eles tiveram sucesso na visualização experimental das vias de difusão de a³xido-a­on O1-O 5 pelas medições de difração de naªutrons em uma alta temperatura de 800 oC com difrata´metro SuperHRPD do grupo do Prof Takashi Kamiyama em KEK / J-PARC. O professor Yashima diz que os a­ons de a³xido migram via mecanismo de difusão intersticial atravanãs de sa­tios de oxigaªnio O5 octaanãdrico intersticial e O1 tetraanãdrico de rede e que as vias de difusão (tetraanãdrica) - (octaanãdrica) na camada c 'em Ba 7Nb 3,9 Mo 1,1 O 20,05 éo mesmo que aqueles em outro a³xido relacionado a  perovskita hexagonal Ba 3 MoNbO 8,5-δ . Portanto, o Prof Yashima e sua equipe afirmam que "A caracterí­stica comum do mecanismo de difusão seria um guia para o projeto de condutores de a³xido-a­on com as estruturas relacionadas perovskita hexagonal e que a descoberta atual de altas condutividades de a³xido-a­on em terras-raras- livre Ba 7 Nb 3,9 Mo 1,1 O 20,05 sugere a capacidade de vários a³xidos de perovskita hexagonal como a³xido-a­on superior condutores. "