Informamos Ba5Er2Al2ZrO13, un óxido relacionado con la perovskita hexagonal como una nueva clase de conductores de protones que exhiben conductividades superiores a 10? 3 S cm? 1 entre 300 y 1200 ° C. Una nueva estructura de la familia de conductores de protones con la inherente deficiencia de oxígeno h? La capa ofrece una estrategia para diseñar conductores de protones superiores basados en óxidos relacionados con perovskita hexagonales. Crédito:Tecnología de Tokio
En los ultimos años, Las pilas de combustible se han convertido en un punto focal de investigación en tecnología ecológica debido a su capacidad superior para almacenar y producir energía renovable y combustible limpio. Un tipo típico de pila de combustible que está ganando terreno es la pila de combustible conductora de protones, que está compuesto principalmente de materiales a través de los cuales los iones de hidrógeno (protones:H + ), puede moverse fácilmente. Los materiales conductores de protones proporcionan una serie de ventajas sobre las pilas de combustible de uso común que comprenden conductores de iones de óxido para electrolitos, como una mayor conductividad a temperaturas bajas e intermedias, vidas más largas, y menores costos.
Sin embargo, sólo se conoce un número limitado de tales materiales y su aplicación al desarrollo de pilas de combustible se ha mantenido en gran medida a escala de laboratorio. Para lograr verdaderamente una economía energética sostenible, Es necesario descubrir nuevos conductores de protones con alta conductividad que puedan permitir la ampliación eficiente y de bajo costo de estas tecnologías.
Los científicos de Tokyo Tech y ANSTO se propusieron abordar esta necesidad, y en un estudio reciente, identificó un nuevo material conductor de protones que puede ser un representante de toda una familia de conductores de protones.
El material en cuestión tiene la fórmula química Ba 5 Er 2 Alabama 2 ZrO 13 y se clasifica como un "óxido relacionado con perovskita hexagonal". Profesor Masatomo Yashima, quien dirigió el estudio, explica:"La conducción de protones en los óxidos ocurre típicamente a través del salto de protones entre iones de óxido. Por lo tanto, la estructura cristalina y el entorno local alrededor de los iones de óxido tienen un impacto tremendo en las posibles vías de conducción. Esto explica por qué se ha informado de una alta conductividad de protones solo en un número limitado de materiales ".
El profesor Yashima y su equipo señalaron que la estructura de Ba 5 Er 2 Alabama 2 ZrO 13 contiene capas deficientes en oxígeno y su conductividad de protones es más alta que la de los conductores de protones representativos, que se crean al introducir artificialmente deficiencias de oxígeno en las estructuras cristalinas de ciertos materiales. Se dieron cuenta de que esta deficiencia intrínseca de oxígeno de Ba 5 Er 2 Alabama 2 ZrO 13 podría darle una ventaja notable sobre los conductores de protones convencionales, eliminando un problema importante en ellos:su inestabilidad y la dificultad de sintetizar muestras de composición homogénea.
Llevaron a cabo una serie de experimentos para dilucidar los mecanismos subyacentes a esta propiedad. Las investigaciones iniciales mostraron que la conductividad protónica de Ba5Er2Al2ZrO13 es alta a temperaturas intermedias y bajas que son clave para posibles aplicaciones industriales. Tras una mayor experimentación, Resultó que las moléculas de agua (H2O) en el aire pueden disolverse en las capas del cristal deficientes en oxígeno, donde el oxígeno del agua se separa del hidrógeno para producir H + móvil. Estos H + luego "saltan a través de iones de óxido" dentro de las capas deficientes en oxígeno, permitiendo una alta conductividad de protones.
Este fenómeno no se limita a este material en particular. El equipo sintetizó otros materiales con estructuras similares y realizó pruebas preliminares sobre su conductividad eléctrica. Encontraron resultados comparables a los de Ba 5 Er 2 Alabama 2 ZrO 13 . Asistente Dr. Taito Murakami, primer autor del estudio, explica:"Nuestros resultados sugieren que las capas deficientes en oxígeno en los óxidos hexagonales relacionados con la perovskita podrían ser un bloque estructural general que confiere una alta conductividad de protones. Estas capas se pueden encontrar en varios óxidos además de Ba 5 Er 2 Alabama 2 ZrO 13 . "
Este descubrimiento de una gama completamente nueva de materiales conductores de protones intrínsecamente altos, y el mecanismo de su conductividad protónica, podría llevar la investigación en este campo a nuevos horizontes. Dr. James R. Hester de ANSTO, que también participó en el estudio, comenta:"Nuestro trabajo presenta una estrategia potencial para diseñar conductores de protones superiores basados en las capas deficientes en oxígeno de algunos óxidos relacionados con la perovskita". Se espera que este trabajo represente un paso hacia un futuro más limpio.
