Понижение рабочей температуры к «промежуточному» диапазону 300-500°C, в действительности, позволило бы использование недорогих материалов и допускало бы более быстрый запуск, который, в свою очередь, мог привести к более широкому коммерческому использованию и применению к мобильному источнику энергии.Команда исследователей в Университете Тохоку в Японии развивала новую идею улучшиться, протонная проводимость в редкоземельном элементе лакировала протонных проводников типа перовскита BaZrO3.
Лакируемый BaZrO3 редкоземельного элемента – многообещающий материал кандидата для промежуточного температурного SOFCs. Однако дальнейшее совершенствование протонной проводимости требуется для практического применения.
В журнале Chemistry of Materials, из публикаций ACS, исследователи предлагают стратегию улучшить подвижность протонов, управляя кислородными вакансиями, а также протонами. Протоны, как известно, «пойманы в ловушку» вокруг редкоземельного элемента в легированном BaZrO3, который понижает протонную проводимость. Это протонное заманивание в ловушку порождено из электростатического привлекательного взаимодействия между отрицательно заряженным редкоземельным элементом и положительно заряженным протоном.
Однако, когда соединение редкоземельного элемента и кислородной вакансии создано в материале, эта пара обладает положительным чистым обвинением и поэтому, подавляет заманивание в ловушку протонов из-за электростатического отталкивающего взаимодействия.В развитии этой идеи команда разъяснила распределение протонов и кислородных вакансий в Sc-doped BaZrO3, объединив ядерную спектроскопию магнитного резонанса и термогравиметрический анализ.
Когда определенное количество кислородных вакансий (4% молекулярной массы) существует в материале, протонная концентрация вокруг Циркония выше, чем это вокруг редкоземельного элемента, который указывает на протоны с меньшим влиянием от эффектов заманивания в ловушку редкоземельного элемента (Рис. 1).«Поскольку привлекательное взаимодействие между редкоземельным элементом и протонами вызывает протонное заманивание в ловушку, вводя другой дефект, имеющий положительные заряды – то есть, кислородная вакансия – кажется, освобождает пойманные в ловушку протоны», сказал Хитоши Тэкамура, который привел исследование в Университете Тохоку.
Он и его коллеги разъяснили, что взаимодействие между вакансией редкоземельного элемента и кислорода действительно предотвращает протонное заманивание в ловушку.«Эта идея может быть применена не только к развитию ионных проводников, но также и других материалов, такой как флуоресцентная и материалов катализатора, так как взаимодействие дефектов играет важную роль в этих материалах», сказал Тэкамура. «Если распределение дефектов становится управляемым, мы можем проектировать множество функциональных материалов.
Это – наша цель по этому исследованию».