Nanotechnology Now - プレスリリース: 新しいタイプのペロブスカイト酸化物の独特な伝導メカニズムに光を当てる

ホーム > イベント > 新しいタイプのペロブスカイト酸化物における独特の伝導機構を解明

上の図は、酸化物イオンの移動のスナップショットを示しています。赤と緑の酸化物イオンは、M2O9 二量体の破壊と再形成によって移動します。これにより、M カチオンが Nb5+ または Mo6+ である場合、酸化物イオンの高速拡散が可能になります。下左図の800℃の中性子回折データの中性子散乱長密度分布は、下右図の非経験的分子動力学シミュレーションによる酸化物イオンの時間・空間平均確率密度分布と一致しています。左下の図の格子間 O5 原子は、コーナー共有酸素原子 (右下の図の Osh と上の図の四角) に対応します。クレジット
材料の化学

要約：
東工大の科学者らが報告したように、六方晶系ペロブスカイト関連酸化物Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1の顕著なプロトンおよび酸化物イオン（デュアルイオン）伝導性は、次世代電気化学デバイスに有望である。彼らが明らかにしたユニークなイオン輸送メカニズムは、将来のクリーンエネルギー技術で重要な役割を果たす可能性のある、より優れたデュアルイオン伝導体への道を開くことが期待されます。

新しいタイプのペロブスカイト酸化物の独特な伝導メカニズムを解明する

東京、日本 | 投稿日: 17 年 2023 月 XNUMX 日

クリーンエネルギー技術は持続可能な社会の基礎であり、固体酸化物燃料電池 (SOFC) とプロトンセラミック燃料電池 (PCFC) は、グリーン発電用の電気化学デバイスの中で最も有望なタイプの XNUMX つです。しかし、これらのデバイスは依然として開発と導入を妨げる課題に直面しています。

理想的には、SOFC は、望ましくない化学反応による構成材料の劣化を防ぐために、低温で動作させる必要があります。残念ながら、SOFC の重要なコンポーネントであるほとんどの既知の酸化物イオン伝導体は、高温でしか適切なイオン伝導性を示せません。 PCFC に関しては、二酸化炭素雰囲気下では化学的に不安定であるだけでなく、製造時にエネルギーを大量に消費する高温の処理ステップが必要です。

幸いなことに、SOFC と PCFC の両方の利点を組み合わせることでこれらの問題を解決できる材料、デュアルイオン伝導体があります。プロトンと酸化物イオンの両方の拡散をサポートすることで、デュアルイオン伝導体は低温で高い総伝導率を実現し、電気化学デバイスの性能を向上させることができます。 Ba7Nb4MoO20 などのペロブスカイト関連のデュアルイオン伝導材料がいくつか報告されていますが、それらの伝導率は実用化するには十分高くなく、その基礎となる伝導メカニズムはよく理解されていません。

このような状況を背景に、東京工業大学の八島正智教授率いる研究チームは、7Nb4MoO20 と同様であるが、Mo 含有率がより高い材料 (つまり、Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2) の導電率を調査することを決定しました。。彼らの最新の研究は、オーストラリア原子力科学技術機関(ANSTO)、高エネルギー加速器研究機構(KEK)、東北大学と共同で実施され、Chemistry of Materials誌に掲載された。

さまざまな Ba7Nb4-xMo1+xO20+x/2 組成をスクリーニングした後、チームは Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 が顕著なプロトンおよび酸化物イオン伝導性を有することを発見しました。「Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1は、湿った空気下では11℃で537mS/cm、乾燥空気下では10℃で593mS/cmのバルク導電率を示しました。 Ba400Nb7Mo3.8O1.2の湿潤空気中20.1℃における全直流導電率はBa13Nb7MoO4の20倍であり、乾燥空気中306℃におけるバルク導電率は従来のイットリア安定化ジルコニアの175倍である。 (YSZ)」と八島教授は強調します。

次に研究者らは、これらの高い導電率値の背後にある根本的なメカニズムを明らかにしようとしました。この目的を達成するために、非経験的分子動力学 (AIMD) シミュレーション、中性子回折実験、中性子散乱長密度分析を実施しました。これらの技術により、Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 の構造をより詳細に研究し、何がデュアルイオン伝導体として特別であるかを判断することができました。

興味深いことに、研究チームは、Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1 の高い酸化物イオン伝導率が独特の現象に由来していることを発見しました (図)。 Ba5Nb7Mo3.8O1.2 中の隣接する MO20.1 モノマーは、その角の 2 つで酸素原子を共有することによって M9O3 二量体を形成できることがわかりました (M = Nb または Mo カチオン)。これらの二量体の破壊と再形成により、人々の長い列がバケツに入った水 (酸化物イオン) をある人から次の人へとリレーするのと同様の方法で、超高速の酸化物イオンの移動が引き起こされます。さらに、AIMD シミュレーションにより、観察された高いプロトン伝導は、材料内の六方最密充填 BaOXNUMX 層内の効率的なプロトン移動によるものであることが明らかになりました。

総合すると、この研究の結果はペロブスカイト関連のデュアルイオン伝導体の可能性を強調しており、これらの材料の合理的な設計のガイドラインとして役立つ可能性があります。「Ba7Nb3.8Mo1.2O20.1の高い伝導率とユニークなイオン移動機構に関する今回の発見は、酸化物イオン、陽子、デュアルイオン伝導体の科学と工学の発展に役立つでしょう」と期待に満ちた八島教授は結論づけた。

さらなる研究により、次世代エネルギー技術のためのさらに優れた導電性材料が得られることを期待しています。

####

東京工業大学について
東工大はリーディングユニバーシティとして研究と高等教育の最前線に立つ
日本の科学技術のために。東工大の研究者は、以下のような分野で優れています。
材料科学から生物学、コンピューターサイエンス、物理学まで。 1881年創立の東京工業大学
年間 10,000 人以上の学部生と大学院生を受け入れており、彼らは科学的な能力を身につけています。
リーダーや業界で最も人気のあるエンジニアもいます。日本人を体現する
東工大の「ものづくり」の理念
コミュニティは、影響力の高い研究を通じて社会に貢献するよう努めています。
https://www.titech.ac.jp/english/

詳細については、クリックしてください。こちら

コンタクト：
川口絵美子
東京工業大学
オフィス：+ 81-3-5734-2975

コメントがあればお願いしますお問い合わせ私達。

7th Wave、Inc.やNanotechnology Nowではなく、ニュースリリースの発行者は、コンテンツの正確性について単独で責任を負います。

ブックマーク：