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備(如固體氧化物燃料電池)的固體電解質的開發(fā)鋪平道路。
現代技術時代對清潔能源和高性能設備的需求不斷增長，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注。晶體結構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) 的設計中具有潛在應用，這是一種很有前途的清潔能源技術。
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：晶體結構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，衍射技術無法發(fā)光關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氧化物，Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15，在中低溫下表現出優(yōu)異的離子傳導性。“我們的目標是設計允許將大量間隙氧引入其結構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組織 (ANSTO) 的合作研究。
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