Condutores de íons de óxido estáveis ​​e altos baseados em um novo óxido hexagonal relacionado à perovskita foram relatados por cientistas da Tokyo Tech, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd. e da Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO) em um estudo recente. Esses condutores de íons de óxido de alto desempenho podem abrir caminho para o desenvolvimento de eletrólitos sólidos para baterias de próxima geração e dispositivos de energia limpa, como células de combustível de óxido sólido.
A demanda cada vez maior por energia limpa e dispositivos de alto desempenho na era tecnológica moderna exigiu o desenvolvimento de materiais de energia alternativa. Em particular, os condutores de íons de óxido atraíram muita atenção nessa frente. A presença de íons óxidos altamente móveis em sua estrutura cristalina confere propriedades eletrônicas únicas a esses materiais com potenciais aplicações no projeto de células a combustível de óxido sólido (SOFCs), uma tecnologia promissora para geração de energia limpa.

Para desenvolver SOFCs eficientes, são necessários condutores sólidos de óxido-íon com alta condutividade e estabilidade química e elétrica. Infelizmente, os condutores convencionais de óxido-íon não apresentam condutividade suficiente abaixo de 700 graus Celsius. Um material alternativo com alta condutividade iônica em temperaturas mais baixas (300 a 600 graus Celsius) é, portanto, muito procurado.

Felizmente, os óxidos do tipo perovskita podem vir em socorro. Em particular, derivados de perovskita hexagonais compostos de óxidos de bário (Ba), molibdênio (Mo) e nióbio (Nb) foram relatados como exibindo alta condutividade iônica. No entanto, algumas desvantagens ainda permanecem:a quantidade de oxigênio nos espaços intersticiais da estrutura cristalina, necessária para a alta condução, ainda é baixa, a condução eletrônica compete e dificulta a condução iônica em uma atmosfera redutora e as técnicas de difração são incapazes de lançar luz. sobre o mecanismo de migração de oxigênio subjacente.

Em um estudo recente publicado em Small , uma equipe de pesquisadores liderada pelo Prof. Masatomo Yashima do Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japão, abordou essas questões. A equipe desenvolveu um novo óxido hexagonal relacionado à perovskita, Ba₇ Ta_3.7 M_1.3 O_20.15 , que apresentou excelente condução iônica em temperaturas intermediárias e baixas. "Tínhamos como objetivo projetar materiais que permitissem a introdução de um grande número de oxigênios intersticiais em sua estrutura e apresentassem alta condutividade em temperaturas intermediárias e baixas. Além disso, a condução iônica permaneceu dominante em uma atmosfera redutora", elabora o Prof. Yashima. Este estudo veio de uma pesquisa colaborativa feita pela Tokyo Tech, Japão, Kojundo Chemical Laboratory Co. Ltd., Japão, e a Australian Nuclear Science and Technology Organization (ANSTO), Austrália.

A equipe então realizou análises estruturais dos materiais usando uma combinação de dados de raios-X síncrotron e difração de nêutrons e cálculos numéricos. Eles descobriram que a introdução de tântalo (Ta) na estrutura resultou em maior estabilidade e um maior número de oxigênios intersticiais em comparação com os outros óxidos hexagonais relacionados à perovskita. Adicionalmente, as análises e cálculos mostraram que os íons Mo ocuparam preferencialmente as camadas deficientes em oxigênio responsáveis ​​pela condução óxido-íon.

A equipe está encantada com essas descobertas e o Prof. Yashima está otimista sobre suas ramificações práticas. "Os resultados obtidos em nosso estudo podem fornecer uma estratégia eficaz para o desenvolvimento e comercialização de SOFCs", espera. + Explorar mais

Novos materiais com alta condutividade de íons de oxigênio abrindo um futuro sustentável