用新的钙钛矿相关氧化物离子导体为未来加油

东京理工大学、Kojundo 化学实验室有限公司和澳大利亚核科学技术组织 (ANSTO) 的科学家在最近的一项研究中报道了基于新的六方钙钛矿相关氧化物的稳定和高氧化物离子导体。这些高性能氧化物离子导体可以为下一代电池和清洁能源设备(如固体氧化物燃料电池)的固体电解质的开发铺平道路。

现代技术时代对清洁能源和高性能设备的需求不断增长，要求开发替代能源材料。特别是，氧化物离子导体在这方面引起了很多关注。晶体结构中高度移动的氧化物离子的存在赋予这些材料独特的电子特性，在固体氧化物燃料电池 (SOFC) 的设计中具有潜在应用，这是一种很有前途的清洁能源技术。

为了开发高效的 SOFC，需要具有高电导率和化学和电稳定性的固体氧化物离子导体。不幸的是，传统的氧化物离子导体在 700°C 以下不能表现出足够的导电性。因此，一种在较低温度 (300 – 600 °C) 下具有高离子电导率的替代材料备受追捧。

幸运的是，钙钛矿型氧化物可以解决问题。特别是，据报道，由钡 (Ba)、钼 (Mo) 和铌 (Nb) 氧化物组成的六方钙钛矿衍生物具有高离子电导率。然而，某些缺点仍然存在：晶体结构间隙空间中高传导所需的氧量仍然很低，电子传导与还原气氛中的离子传导竞争并阻碍离子传导，衍射技术无法发光关于潜在的氧迁移机制。

在近期发表在Small(DOI: 10.1002/smll.202106785) 上的一项研究中，由东京工业大学 (Tokyo Tech) 的 Masatomo Yashima 教授领导的一组研究人员解决了这些问题。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传导性。“我们的目标是设计允许将大量间隙氧引入其结构并在中低温下显示出高导电性的材料。此外，离子传导在还原气氛中仍然占主导地位，”矢岛教授详细说明。这项研究来自东京工业大学、 Kojundo 化学实验室有限公司和澳大利亚核科学与技术组织 (ANSTO) 的合作研究。

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