用新的钙钛矿相关氧化物离子导体为未来加油

东京理工大学、Kojundo 化学实验室有限公司和澳大利亚核科学技术组织 (ANSTO) 的科学家在最近的一项研究中报道了基于新的六方钙钛矿相关氧化物的稳定和高氧化物离子导体。这些高性能氧化物离子导体可以为下一代电池和清洁能源设备(如固体氧化物燃料电池)的固体电解质的开发铺平道路。

现代技术时代对清洁能源和高性能设备的需求不断增长，要求开发替代能源材料。尤其是氧化物离子导体在这方面引起了很多关注。晶体结构中高度移动的氧化物离子的存在赋予这些材料独特的电子特性，在固体氧化物燃料电池 (SOFC) 的设计中具有潜在应用，这是一种很有前途的清洁能源技术。

为了开发高效的 SOFC，需要具有高电导率和化学和电稳定性的固体氧化物离子导体。不幸的是，传统的氧化物离子导体在低于 700 摄氏度时没有表现出足够的导电性。因此，在较低温度(300 至 600 摄氏度)下具有高离子传导性的替代材料备受追捧。

幸运的是，钙钛矿型氧化物可以解决问题。特别是，据报道，由钡 (Ba)、钼 (Mo) 和铌 (Nb) 氧化物组成的六方钙钛矿衍生物具有高离子电导率。然而，某些缺点仍然存在：高传导所需的晶体结构间隙空间中的氧含量仍然很低，电子传导与还原气氛中的离子传导竞争并阻碍离子传导，并且衍射技术无法发光关于潜在的氧迁移机制。

在最近发表在Small 上的一项研究中，由东京工业大学(东京工业大学)的 Masatomo Yashima 教授领导的一组研究人员解决了这些问题。该团队开发了一种新的六方钙钛矿相关氧化物 Ba 7 Ta 3.7 Mo 1.3 O 20.15，其在中低温下表现出优异的离子传导性。“我们的目标是设计允许将大量间隙氧引入其结构并在中低温下显示出高导电性的材料。此外，离子传导在还原气氛中仍然占主导地位，”矢岛教授详细说明。本研究来自合作研究 由东京工业大学、 Kojundo 化学实验室有限公司和澳大利亚核科学技术组织 (ANSTO) 共同完成。

然后，该团队结合使用同步加速器 X 射线和中子衍射数据以及数值计算对材料进行了结构分析。他们发现，与其他六方钙钛矿相关的氧化物相比，将钽 (Ta) 引入结构中可以提高稳定性和更多的间隙氧。此外，分析和计算表明，Mo 离子优先占据负责氧化物离子 传导的缺氧层。

该团队对这些发现感到高兴，而 Yashima 教授对它们的实际影响持乐观态度。“我们研究中获得的结果可以为 SOFC 的开发和商业化提供有效的策略，”他预计。

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