Científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Instituto de Ciencia de la Estructura de Materiales de la Organización de Investigación del Acelerador de Energía Imperial y de Alta Energía (KEK), descubrir nuevo Ba ₇ Nótese bien ₄ Mugir ₂₀ -materiales con alto contenido de iones de oxígeno (iones de óxido O ^2- ) conductividades - "los óxidos hexagonales relacionados con la perovskita" - y arrojan luz sobre los mecanismos subyacentes responsables de su conductividad. Sus hallazgos abren el camino para descubrir otros materiales similares, Fomentar la investigación sobre el desarrollo de tecnologías de energía renovable escalables y de bajo costo.

En los ultimos años, Las pilas de combustible se han convertido en un punto focal de la 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 iones de óxido, que está compuesto principalmente de materiales a través de los cuales los iones de óxido (iones de oxígeno:O ^2- ), puede moverse fácilmente. Nuevos materiales con mayor conductividad a temperaturas bajas e intermedias, proporcionar una serie de ventajas sobre las pilas de combustible de uso común basadas en electrolitos de zirconia estabilizada con itria (YSZ), como una mayor eficiencia de generación de energía, 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 iones de óxido con alta conductividad que permitan una ampliación eficiente y de bajo costo de estas tecnologías.

Científicos de Tokyo Tech, Imperial y KEK se propusieron abordar esta necesidad, y en un estudio reciente, identificó un nuevo material conductor de iones de óxido que puede ser un representante de toda una familia de conductores de iones de óxido.

El material en cuestión tiene la fórmula química Ba ₇ Nótese bien _3.9 Mes _1.1 O _20.05 y se clasifica como un "óxido relacionado con la perovskita hexagonal". Profesor Masatomo Yashima, quien dirigió el estudio, explica:"Ba ₇ Nótese bien _3.9 Mes _1.1 O _20.05 muestra un amplio rango de estabilidad y predominantemente conducción de iones de óxido en el rango de presión parcial de oxígeno de 2x10 ^-26 a 1 atm. Asombrosamente, conductividad a granel de Ba ₇ Nótese bien _3.9 Mes _1.1 O _20.05 , 5,8 × 10 ^-4 S / cm, es notablemente alta a 310 ° C, y más alto que los materiales a base de óxido de bismuto y zirconia. El profesor Stephen Skinner comenta que el transporte rápido de iones de óxido se confirmó sin ambigüedades utilizando el ¹⁸ O técnica de difusión del trazador en Imperial.

El profesor Yashima y su equipo señalan que la estructura cristalina de Ba ₇ Nótese bien _3.9 Mes _1.1 O _20.05 contiene capas deficientes en oxígeno, y que su alta conductividad de iones de óxido es atribuible a la migración de iones de óxido en las capas c '. De hecho, tienen éxito en la visualización experimental de O1-O ₅ Vías de difusión de iones de óxido mediante las mediciones de difracción de neutrones a una temperatura alta de 800 oC con el difractómetro SuperHRPD del grupo del profesor Takashi Kamiyama en KEK / J-PARC. El profesor Yashima dice que los iones de óxido migran a través del mecanismo de difusión intersticial a través de los sitios de oxígeno intersticial octaédrico O5 y reticular tetraédrico O1 y que las vías de difusión (tetraédrica) - (octaédrica) en la capa c 'en Ba ₇ Nótese bien _3.9 Mes _1.1 O _20.05 es el mismo que los de otro óxido hexagonal relacionado con perovskita Ba ₃ MoNbO _8.5-δ . Por lo tanto, El profesor Yashima y su equipo afirman que "la característica común del mecanismo de difusión sería una guía para el diseño de conductores de iones de óxido con las estructuras hexagonales relacionadas con la perovskita y que el hallazgo actual de conductividades elevadas de iones de óxido en Ba libre de tierras raras ₇ Nótese bien _3.9 Mes _1.1 O _20.05 sugiere la capacidad de varios óxidos hexagonales relacionados con la perovskita como conductores superiores de iones de óxido ".