研究人员开发高性能氧离子导体 推动下一代电池发展

据国外媒体报道，在最近的一项研究中，来自东京工业大学、东北大学、Kojundo化学实验室有限公司和澳大利亚核科学技术组织(ANSTO)的科学家报告了一种基于新的六方钙钛矿相关氧化物的稳定的高氧离子导体。这些高性能氧离子导体为开发下一代电池和清洁能源设备(如固体氧化物燃料电池)的固体电解质铺平了道路。

(来源:东北大学)

随着清洁能源和高性能设备的发展，开发替代能源材料的需求日益增加，尤其是氧离子导体。由于晶体结构中存在高流动性的氧离子，这些材料具有独特的电子性质，在固体氧化物燃料电池(SOFC)的设计中具有潜在的应用前景，是一种很有前途的清洁能源技术。

为了开发高效的SOFC，需要具有高导电性、化学和电稳定性的固体氧离子导体。而传统的氧离子导体在700°C以下电导率不足，因此在较低温度(300-600°C)下具有高离子电导率的替代材料备受追捧。

钙钛矿氧化物可以解决这个问题。据报道，由Ba、Mo和Nb的氧化物组成的六方钙钛矿衍生物具有高的离子电导率，但仍存在一些缺点，如晶体结构间隙中的氧含量低，这是高电导率所必需的；在还原性气氛中，电子传导与离子传导竞争，阻碍离子传导；用衍射技术不可能揭示潜在的氧迁移机理。

东京工业大学教授Masatomo Yashima领导的研究小组解决了这些问题。该团队开发了一种新的六方钙钛矿相关氧化物Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15，在中低温下表现出优异的离子导电性。Yashima教授说:“这项研究的目标是设计能够将大量间隙氧引入其结构并在中低温下表现出高导电性的材料。此外，在还原气氛中，离子传导仍占主导地位。”

该团队随后使用同步加速器X射线、中子衍射数据和数值计算来分析该材料的结构。结果表明，与其他六方钙钛矿相关氧化物相比，钽(Ta)的引入可以提高结构的稳定性，产生更多的间隙氧。此外，分析和计算表明，Mo离子优先占据负责氧离子传导的缺氧层。

研究人员表示，这些研究成果将为SOFC的发展和商业化提供有效的策略。据国外媒体报道，在最近的一项研究中，来自东京工业大学、东北大学、Kojundo化学实验室有限公司和澳大利亚核科学技术组织(ANSTO)的科学家报告了一种基于新的六方钙钛矿相关氧化物的稳定的高氧离子导体。这些高性能氧离子导体为开发下一代电池和清洁能源设备(如固体氧化物燃料电池)的固体电解质铺平了道路。

(来源:东北大学)

随着清洁能源和高性能设备的发展，开发替代能源材料的需求日益增加，尤其是氧离子导体。由于晶体结构中存在高流动性的氧离子，这些材料具有独特的电子性质，在固体氧化物燃料电池(SOFC)的设计中具有潜在的应用前景，是一种很有前途的清洁能源技术。

为了开发高效的SOFC，需要具有高导电性、化学和电稳定性的固体氧离子导体。而传统的氧离子导体在700°C以下电导率不足，因此在较低温度(300-600°C)下具有高离子电导率的替代材料备受追捧。

钙钛矿氧化物可以解决这个问题。据报道，由Ba、Mo和Nb的氧化物组成的六方钙钛矿衍生物具有高的离子电导率，但仍存在一些缺点，如晶体结构间隙中的氧含量低，这是高电导率所必需的；在还原性气氛中，电子传导与离子传导竞争，阻碍离子传导；用衍射技术不可能揭示潜在的氧迁移机理。

东京工业大学教授Masatomo Yashima领导的研究小组解决了这些问题。该团队开发了一种新的六方钙钛矿相关氧化物Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15，在中低温下表现出优异的离子导电性。Yashima教授说:“这项研究的目标是设计能够将大量间隙氧引入其结构并在中低温下表现出高导电性的材料。此外，在还原气氛中，离子传导仍占主导地位。”

该团队随后使用同步加速器X射线、中子衍射数据和数值计算来分析该材料的结构。结果表明，与其他六方钙钛矿相关氧化物相比，钽(Ta)的引入可以提高结构的稳定性，产生更多的间隙氧。此外，分析和计算表明，Mo离子优先占据负责氧离子传导的缺氧层。

研究人员表示，这些研究成果将为SOFC的发展和商业化提供有效的策略。

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