Las celdas de combustible de óxido sólido SOFC, recientemente utilizadas como fuente de energía para los hogares en Japón, tienen varios inconvenientes, como el alto costo, la degradación del material y el largo tiempo de arranque derivado de altas temperaturas de funcionamiento de hasta 750 ° C.
Reducir la temperatura de funcionamiento a un rango "intermedio" de 300-500 ° C permitiría, en efecto, el uso de materiales de bajo costo y permitiría un arranque más rápido que, a su vez, podría conducir a un uso comercial más amplioy aplicación a una fuente de energía móvil.
Un equipo de investigadores de la Universidad de Tohoku en Japón ha desarrollado una nueva idea para mejorar la conductividad de protones en BaZrO dopado de tierras raras 3 conductores de protones de tipo perovskita. BaZrO dopado de tierras raras 3 es un material candidato prometedor para SOFC de temperatura intermedia. Sin embargo, se requiere una mejora adicional de la conductividad de protones para su uso práctico.
En la revista Chemistry of Materials, de las publicaciones de ACS, los investigadores sugieren una estrategia para mejorar la movilidad de los protones controlando las vacantes de oxígeno y los protones. Se sabe que los protones están "atrapados" alrededor de un elemento de tierras raras en el dopadoBaZrO 3 que reduce la conductividad del protón. Esta captura de protones se origina de la interacción electrostática atractiva entre un elemento de tierra rara con carga negativa y un protón con carga positiva.
Sin embargo, cuando se crea el emparejamiento de un elemento de tierras raras y una vacante de oxígeno en el material, este par posee una carga neta positiva y, por lo tanto, inhibe la captura de protones debido a la interacción electrostática repulsiva.
Al desarrollar esta idea, el equipo aclaró la distribución de protones y vacantes de oxígeno en BaZrO dopada con Sc 3 combinando espectroscopía de resonancia magnética nuclear y análisis termogravimétrico. Cuando existe una cierta cantidad de vacantes de oxígeno 4% en moles en el material, la concentración de protones alrededor de Zr es mayor que la del elemento de tierras raras que indica protones con menos influenciade los efectos de captura del elemento de tierras raras Fig. 1.
"Debido a que la interacción atractiva entre el elemento de tierras raras y los protones provoca la captura de protones, la introducción de otro defecto que tiene cargas positivas, es decir, la vacante de oxígeno, parece liberar a los protones atrapados", dijo Hitoshi Takamura, quiendirigió la investigación en la Universidad de Tohoku. Él y sus colegas han aclarado que la interacción entre el elemento de tierras raras y la vacante de oxígeno evita la captura de protones.
"Esta idea se puede aplicar no solo al desarrollo de conductores iónicos sino también a otros materiales, como los materiales fluorescentes y catalizadores, ya que la interacción de los defectos juega un papel importante en estos materiales", dijo Takamura. "Si la distribución delos defectos se vuelven controlables, podemos diseñar una variedad de materiales funcionales. Ese es nuestro objetivo para esta investigación ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Tohoku . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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