高氧离子传导性的新材料开启可持续发展的未来

帝国理工大学和高能加速器研究组织(KEK)材料结构科学研究所的东京理工学院(Tokyo Tech)的科学家发现了新型的Ba 7 Nb 4 MoO 20基材料，该材料具有高氧离子(O 2-离子))电导率(“与钙钛矿相关的六角形氧化物”)，并阐明了导致其电导率的潜在机理。他们的发现引领了发现其他类似材料的道路，从而进一步研究了开发低成本和可扩展的可再生能源技术的方法。

在过去的几年中，燃料电池由于其卓越的存储和生产可再生能源和清洁燃料的能力而成为环保技术的研究重点。燃料电池的一种典型的发展方向是传导氧化物离子的燃料电池，该燃料电池主要由氧化物离子(氧离子：O 2-)可以通过其移动的材料制成。与低温和中温下具有较高电导率的新材料相比，基于氧化钇稳定的氧化锆(YSZ)电解质的常用燃料电池具有许多优势，例如发电效率更高，寿命更长，成本更低。

然而，仅有限数量的此类材料是已知的，并且它们在开发燃料电池中的应用在很大程度上仍处于实验室规模。为了真正实现可持续的能源经济，需要发现具有高电导率的新型氧化物离子导体，从而可以低成本，高效地扩大这些技术的规模。

Tokyo Tech，Imperial和KEK的科学家着手解决这一需求，并且在最近的一项研究中，他们确定了一种新型的可导电氧化物的材料，该材料可以代表整个氧化物离子导体系列。

所讨论的材料具有化学式Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05，并且被分类为“与钙钛矿有关的六方晶系氧化物”。主持研究的Yashima Masatomo Yashima教授解释说：“ Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05显示出宽的稳定性范围，并且在2x10 -26到1 atm的氧分压范围内主要是氧化物离子传导。令人惊讶的是， Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05，5.8 ×10 -4S / cm在310°C时非常高，并且高于氧化铋和氧化锆基材料。Stephen Skinner教授评论说，在Imperial实验室使用18 O示踪剂扩散技术明确证实了快速的氧化物离子传输。

Yashima教授及其团队指出，Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05的晶体结构包含缺氧层，并且其高氧化物离子电导率可归因于c'层上的氧化物迁移。实际上，他们通过使用KEK / J-PARC的Takaashi Kamiyama教授的小组的SuperHRPD衍射仪在800 oC的高温下进行中子衍射测量，成功地实现了O1-O 5氧化物离子扩散路径的实验可视化。Yashima教授说，氧化物离子通过间隙扩散机制迁移到间隙八面体O5和晶格四面体O1氧位，并且Ba 7中c'层的(四面体)-(八面体)扩散途径Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05与另一种与钙钛矿相关的六角形氧化物Ba 3 MoNbO8.5 -δ相同。因此，Yashima教授及其小组宣称：“扩散机制的共同特征将是设计具有钙钛矿相关六角形结构的氧化物离子导体的指南，并且目前发现稀土离子具有高的氧化物离子电导率。游离Ba 7 Nb 3.9 Mo 1.1 O 20.05表明了各种与钙钛矿相关的六方钙钛矿相关氧化物具有出色的氧化物离子的能力 指挥。”

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