Du carburant pour l’avenir avec de nouveaux conducteurs d’ions oxydes liés à la pérovskite


Du carburant pour l'avenir avec de nouveaux conducteurs d'ions oxydes liés à la pérovskite

Crédit photo : Masatomo Yashima de Tokyo Tech

Dans une étude récente, des scientifiques de Tokyo Tech, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd. et l’Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO) a signalé des d’ions stables et à forte teneur en oxyde basés sur un nouvel oxyde hexagonal apparenté à la . Ces conducteurs d’ions oxyde haute performance pourraient ouvrir la voie au développement d’électrolytes solides pour les batteries de prochaine génération et les dispositifs d’énergie propre comme les piles à combustible à oxyde solide.

La demande sans cesse croissante d’énergie propre et d’appareils puissants à l’ère technologique moderne nécessite le développement de matériaux énergétiques alternatifs. Les conducteurs d’ions oxyde en particulier ont reçu beaucoup d’attention sur ce front. La présence d’ions oxyde hautement mobiles dans leur structure cristalline confère à ces matériaux des propriétés électroniques uniques avec des applications potentielles dans la conception de piles à combustible à oxyde solide (SOFC), une technologie prometteuse pour générer de l’énergie propre.

Pour développer des SOFC efficaces, des conducteurs d’ions à oxyde solide avec une conductivité élevée et une stabilité chimique et électrique sont nécessaires. Malheureusement, les conducteurs oxyde-ion conventionnels ne présentent pas une conductivité suffisante en dessous de 700 degrés Celsius. Un matériau alternatif avec une conductivité ionique élevée à des températures plus basses (300 à 600 degrés Celsius) est donc très demandé.

Heureusement, des de type pérovskite pourraient venir à la rescousse. En particulier, les dérivés de pérovskite hexagonale composés d’oxydes de baryum (Ba), de molybdène (Mo) et de niobium (Nb) ont une conductivité ionique élevée. Cependant, certains inconvénients subsistent : la quantité d’oxygène requise pour une conductivité élevée dans les interstices de la structure cristalline est encore faible, la conductivité électronique concurrence et entrave la conduction ionique dans une atmosphère réductrice, et les techniques de diffraction ne peuvent pas fournir de lumière via la migration d’oxygène sous-jacente. mécanisme.

Dans une étude récemment publiée dans Petit, une équipe de recherche dirigée par le professeur Masatomo Yashima du Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japon, a abordé ces questions. L’équipe a développé un nouvel oxyde hexagonal lié à la pérovskite, Ba7eTa3.7lun1.3??20.15qui a montré une excellente conduction ionique aux températures moyennes et basses. « Notre objectif était de développer des matériaux permettant l’introduction d’un grand nombre d’oxygène interstitiel dans leur structure et présentant une conductivité élevée à moyenne et basse température. De plus, la conduction ionique restait dominante en atmosphère réductrice », explique le Pr Yashima. Cette étude est issue de recherches conjointes menées par Tokyo Tech, Japon, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd., Japon, et l’Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO), Australie.

L’équipe a ensuite effectué des analyses structurelles des matériaux à l’aide d’une combinaison de données de diffraction de rayons X et de neutrons synchrotron et de calculs numériques. Ils ont découvert que l’introduction de tantale (Ta) dans la structure entraînait une stabilité améliorée et un plus grand nombre d’oxygène interstitiel par rapport aux autres oxydes hexagonaux à la pérovskite. De plus, les analyses et calculs ont montré que les ions Mo occupent préférentiellement les couches pauvres en oxygène qui sont responsables de la conduction des ions oxydes.

L’équipe est ravie de ces résultats et le professeur Yashima est optimiste quant aux implications pratiques. « Les résultats de notre étude pourraient fournir une stratégie efficace pour le développement et la commercialisation des SOFC », s’attend-il.


De nouveaux matériaux à haute conductivité ionique oxygène ouvrent un avenir durable


Plus d’information:
Taito Murakami et al., Conductivité élevée des ions oxyde dans un oxyde lié à la pérovskite hexagonale Ba7eTa3.7lun1.3??20.15 avec une préférence pour les sites cationiques et les ions oxydes interstitiels, Petit (2021). DOI : 10.1002 / smll.202106785

Informations sur la revue :
Petit

Fourni par l’Institut de technologie de Tokyo

Devis: Fueling the future with new perovskite-related-oxyde-ionleiter (2021, 22 décembre), consulté le 23 décembre 2021 à partir de https://phys.org/news/2021-12-fueling-future-perovskite-related-oxyde -conducteurs d’ions.html

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