Scientifiques de l'Institut de technologie de Tokyo (Tokyo Tech), Imperial and High Energy Accelerator Research Organisation (KEK) Institute of Materials Structure Science, découvrez le nouveau Ba 7 Nb 4 Meuglement 20 -matériaux à haute teneur en oxygène-ion (oxyde-ion O ^2- ) conductivités - "les oxydes hexagonaux liés à la pérovskite" - et éclairent les mécanismes sous-jacents responsables de leur conductivité. Leurs découvertes ouvrent la voie à la découverte d'autres matériaux similaires, poursuivre la recherche sur le développement de technologies d'énergie renouvelable à faible coût et évolutives.

Au cours des dernières années, Les piles à combustible sont devenues un point central de la recherche sur les technologies respectueuses de l'environnement en raison de leurs capacités supérieures à stocker et à produire de l'énergie renouvelable et du carburant propre. Un type typique de pile à combustible qui gagne du terrain est la pile à combustible à conduction oxyde-ion, qui est principalement constitué de matériaux à travers lesquels les ions oxyde (ions oxygène :O ^2- ), peut facilement se déplacer. Nouveaux matériaux avec une conductivité plus élevée aux températures basses et intermédiaires, offrent un certain nombre d'avantages par rapport aux piles à combustible couramment utilisées à base d'électrolytes de zircone stabilisée à l'yttria (YSZ), comme une efficacité de production d'énergie plus élevée, des durées de vie plus longues, et des coûts inférieurs.

Cependant, seul un nombre limité de ces matériaux est connu et leur application au développement de piles à combustible est largement restée à l'échelle du laboratoire. Pour vraiment parvenir à une économie énergétique durable, Il faut découvrir de nouveaux conducteurs oxyde-ion à haute conductivité qui peuvent permettre une mise à l'échelle efficace et à faible coût de ces technologies.

Des scientifiques de Tokyo Tech, Imperial et KEK ont entrepris de répondre à ce besoin, et dans une étude récente, identifié un nouveau matériau conducteur d'ions oxyde qui pourrait être représentatif de toute une famille de conducteurs ioniques oxyde.

Le matériau en question a la formule chimique Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05 et est classé comme un "oxyde hexagonal lié à la pérovskite". Professeur Masatomo Yashima, qui a dirigé l'étude, explique :« Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05 montre une large plage de stabilité et une conduction principalement oxyde-ion dans la plage de pression partielle d'oxygène de 2x10 ^-26 à 1 atm. Étonnamment, conductivité en vrac de Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05 , 5,8 × 10 ^-4 S/cm, est remarquablement élevée à 310 °C, et supérieur aux matériaux à base d'oxyde de bismuth et de zircone. Le professeur Stephen Skinner commente que le transport rapide des ions d'oxyde a été confirmé sans ambiguïté à l'aide du ¹⁸ Technique de diffusion du traceur O à l'Impériale.

Le professeur Yashima et son équipe notent que la structure cristalline de Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05 contient des couches pauvres en oxygène, et que sa conductivité élevée des ions oxyde est attribuable à la migration des ions oxyde sur les couches c'. En réalité, ils réussissent la visualisation expérimentale de O1-O 5 voies de diffusion oxyde-ion par les mesures de diffraction des neutrons à haute température 800 oC avec le diffractomètre SuperHRPD du groupe du professeur Takashi Kamiyama au KEK/J-PARC. Le professeur Yashima dit que les ions oxyde migrent via un mécanisme de diffusion interstitielle à travers des sites d'oxygène octaédriques interstitiels O5 et O1 tétraédriques en réseau et que les voies de diffusion (tétraédriques)-(octaédriques) sur la couche c' de Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05 est le même que ceux d'un autre oxyde hexagonal lié à la pérovskite Ba 3 MoNbO 8.5-δ . Par conséquent, Le professeur Yashima et son équipe affirment que "La caractéristique commune du mécanisme de diffusion serait un guide pour la conception de conducteurs oxyde-ion avec les structures hexagonales liées à la pérovskite et que la découverte actuelle de conductivités oxyde-ion élevée dans Ba sans terres rares 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05 suggère la capacité de divers oxydes hexagonaux liés à la pérovskite en tant que conducteurs oxyde-ion supérieurs."