生产材料的清洁能源的新工艺亚博网站下载

电化学设备,如燃料电池,成为新的力量不可或缺的生产技术因其能够有效地产生可再生能源。众多的设备,例如氢泵、传感器、分离膜,和质子的陶瓷燃料电池(派),可以利用陶瓷质子导体。

特别是基于陶瓷质子导体的派是有前途的,因为他们可以工作在较低的温度比传统的固体氧化物燃料电池(sofc),由于质子在低温下的高导电性。

与传统陶瓷质子导体的问题是,他们需要氧气空位,使水的公司表现出足够的质子导电率。空置率通常是由化学置换,这通常是一个挑战性的过程。

相反,一个研究小组的指导下Yashima化学系的教授东京理工大学研究了proton-conducting氧化物与六角钙钛矿相关联。

这些氧化物的晶体结构包括固有的缺氧的层,从而导致高质子电导率没有化学替代品。然而,他们的传导机制仍不清楚。

Yashima教授的研究团队最近和分析三种不同类型的氧化物相比,包括β-Ba₂ScAlO₅,α-Ba₂Sc_0.83艾尔_1.17O₅,巴力₂O₄,来阐明这一点。所有这三个氧化物oxide-deficient层有不同的叠加模式。

研究人员发现,尽管β-Ba₂ScAlO₅有高的质子电导率,α-Ba₂Sc_0.83艾尔_1.17O₅和巴尔₂O₄,结构相关,导率要低得多。先进功能材料亚博网站下载该小组的研究成果发表。

它由double-octahedral层隔开double-tetrahedral层。后者有六角包(h)层本质上氧气不足。他们的角色在质子传导通过各种方法探索。

教授,博士Masatomo Yashima化学系,东京理工学院

首先,科学家们发现β-Ba的离子电导率₂ScAlO₅明显(31次)在潮湿条件下高于干燥的空气。这是由于材料吸收潮湿空气中的水、电导率和质子浓度增加。

高于300°C,它是发现,质子导电率高达10³年代厘米¹,与传统的化学代替导体。

使用债券valence-based能量和密度泛函理论计算表明这种水吸收发生在h′的氧化层。此外,从头开始分子动力学模拟表明,这些层作为水库、提供质子的迁移double-octahedral通过远程扩散层。这种现象导致β-Ba₂ScAlO₅具有较高的质子导电率。

巴力₂O₄相比之下,显示显著降低传导,因为它吸收更少的水,质子迁移率较低,缺乏八面体的层。这些发现进一步验证这两个八面体的重要作用和缺氧的质子导电层。

的研究是一个很好的例子,通过协作和解决复杂的研究问题展示ANSTO中子散射和科学计算的能力和经验。针鼹鼠衍射仪的蛋白石反应堆被用来阐明晶体结构和分子动力学模拟也表现在ANSTO阐明质子传导机制。

马克斯ž,教授,中子衍射组经理,澳大利亚中子散射中心,澳大利亚核科学和技术组织亚博老虎机网登录

同时指出团队的工作,未来的潜在Yashima教授说,“我们的研究结果提供了一个战略设计优越的六角perovskite-related本质上与八面体氧化物层和缺氧的层。这些层结合不同的角色可以产生优异的质子导体可再生能源的生产和存储设备。”

期刊引用:

村上,T。et al。(2022)β-Ba质子导电率高₂ScAlO₅通过八面体和内在缺氧的层。先进功能材料。亚博网站下载doi: 10.1002 / adfm.202206777。

来源:https://www.titech.ac.jp/english