Joshua Hertz d'UD dirige une équipe de recherche qui manipule la zircone cubique pour améliorer la conductivité dans les piles à combustible. Crédit :Kathy F. Atkinson
(Phys.org) —La zircone cubique a longtemps été privilégiée pour son utilisation dans les bijoux fantaisie. Connue scientifiquement sous le nom de zircone stabilisée à l'yttria, c'est aussi un conducteur d'oxygène connu, ce qui le rend utile comme électrolyte dans les piles à combustible à oxyde solide.
Des chercheurs de l'Université du Delaware ont récemment fabriqué le matériau en films très minces à la surface de cristaux de saphir en utilisant une technique appelée pulvérisation cathodique pour déterminer si la conductivité de l'oxygène pouvait être améliorée, permettant aux piles à combustible à oxyde solide de devenir une source d'énergie électrique plus économique et efficace.
Dans leur étude, Joshua Hertz et son équipe ont examiné l'effet de la réduction de l'épaisseur de la zircone stabilisée à l'yttria jusqu'à environ 6 nanomètres, soit environ 20 atomes d'épaisseur.
L'équipe de recherche a découvert qu'une conséquence de la fabrication du matériau si mince est que la distance entre les atomes augmente, s'étendant jusqu'à environ 2 pour cent.
« Cela peut sembler une petite quantité, mais cela représente un effet très important pour ce matériau, lequel, comme la plupart des céramiques, ne s'étire pas facilement, " a expliqué Hertz, professeur adjoint de génie mécanique.
Plus important, l'étirage a augmenté la conductivité de l'oxygène du matériau d'un facteur 10.
Cette conductivité améliorée peut ouvrir la porte à des dispositifs électrochimiques à l'état solide plus efficaces et durables, tels que les piles à combustible à oxyde solide et les capteurs d'oxygène qui peuvent fonctionner à des températures réduites.
L'équipe a fait part de ses conclusions dans Lettres de physique appliquée , une revue scientifique à fort impact. L'article s'intitule "Amélioration de la conductivité ionique dans les films minces de zircone stabilisée à l'yttria".
"Nous pensons que des méthodes similaires peuvent être utiles pour les batteries et autres appareils qui utilisent différents matériaux électrolytiques solides, " a ajouté l'auteur principal du journal, Jun Jiang, un doctorant de l'UD étudiant la science et l'ingénierie des matériaux.
