Los científicos de Tokyo Tech, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd. y la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO) informaron sobre conductores de iones de óxido estables y altos basados ​​​​en un nuevo óxido hexagonal relacionado con la perovskita en un estudio reciente. Estos conductores de iones de óxido de alto rendimiento podrían allanar el camino para el desarrollo de electrolitos sólidos para baterías de próxima generación y dispositivos de energía limpia, como las celdas de combustible de óxido sólido.

La demanda cada vez mayor de energía limpia y dispositivos de alto rendimiento en la era tecnológica moderna ha requerido el desarrollo de materiales de energía alternativa. En particular, los conductores de iones de óxido han atraído mucha atención en este frente. La presencia de iones de óxido altamente móviles en su estructura cristalina imparte propiedades electrónicas únicas a estos materiales con aplicaciones potenciales en el diseño de celdas de combustible de óxido sólido (SOFC), una tecnología prometedora para generar energía limpia.

Para desarrollar SOFC eficientes, se necesitan conductores de iones de óxido sólido con alta conductividad y estabilidad química y eléctrica. Desafortunadamente, los conductores de iones de óxido convencionales no muestran suficiente conductividad por debajo de los 700 grados Celsius. Por lo tanto, es muy buscado un material alternativo con alta conductividad iónica a temperaturas más bajas (300 a 600 grados Celsius).

Afortunadamente, los óxidos de tipo perovskita podrían acudir al rescate. En particular, se ha informado que los derivados de perovskita hexagonal compuestos de óxidos de bario (Ba), molibdeno (Mo) y niobio (Nb) exhiben una alta conductividad iónica. Sin embargo, aún persisten ciertos inconvenientes:la cantidad de oxígeno en los espacios intersticiales de la estructura cristalina, necesaria para la alta conducción, es aún baja, la conducción electrónica compite y dificulta la conducción iónica en una atmósfera reductora, y las técnicas de difracción son incapaces de arrojar luz. en el mecanismo subyacente de migración de oxígeno.

En un estudio reciente publicado en Small , un equipo de investigadores dirigido por el Prof. Masatomo Yashima del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech), Japón, abordó estos temas. El equipo desarrolló un nuevo óxido relacionado con perovskita hexagonal, Ba₇ Ta_3.7 Mo_1.3 O_20.15 , que mostró una excelente conducción iónica a temperaturas intermedias y bajas. "Nuestro objetivo era diseñar materiales que permitieran la introducción de una gran cantidad de oxígenos intersticiales en su estructura y mostraran una alta conductividad a temperaturas intermedias y bajas. Además, la conducción de iones siguió siendo dominante en una atmósfera reductora", explica el profesor Yashima. Este estudio proviene de una investigación colaborativa realizada por Tokyo Tech, Japón, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd., Japón, y la Organización Australiana de Ciencia y Tecnología Nuclear (ANSTO), Australia.

A continuación, el equipo llevó a cabo análisis estructurales de los materiales utilizando una combinación de datos de difracción de neutrones y rayos X de sincrotrón y cálculos numéricos. Descubrieron que la introducción de tantalio (Ta) en la estructura dio como resultado una estabilidad mejorada y una mayor cantidad de oxígenos intersticiales en comparación con los otros óxidos hexagonales relacionados con la perovskita. Además, los análisis y cálculos mostraron que los iones de Mo ocupaban preferentemente las capas deficientes en oxígeno responsables de la conducción de iones de óxido.

El equipo está encantado con estos hallazgos y el Prof. Yashima es optimista sobre sus ramificaciones prácticas. “Los resultados obtenidos en nuestro estudio podrían proporcionar una estrategia efectiva para el desarrollo y comercialización de SOFC”, espera. + Explora más

Nuevos materiales con alta conductividad de iones de oxígeno que abren un futuro sostenible