El transporte iónico se ha estudiado ampliamente a lo largo de los años para dispositivos de energía como pilas de combustible y baterías que usan Li +, H +, Ag +, Cu +, F- y O 2 -. Sin embargo, como señalan Genki Kobayashi y Ryoji Kanno en un informe reciente, los iones de hidruro H- pueden ser particularmente útiles para dispositivos de almacenamiento y conversión de alta densidad de energía. Utilizando una célula de estado sólido de oxihidruro, ahora han demostrado ser purosH- conducción en un óxido por primera vez.
Los hidruros metálicos tienden a tener una red inflexible, lo que dificulta el transporte de H, por lo que los investigadores recurrieron a los oxhidruros donde el oxígeno y el hidrógeno comparten los mismos sitios de red. Otro desafío son las altas propiedades donadoras de electrones de H-, lo que significa quelos electrones se disociarán del H- para producir protones y electrones, dando lugar a un transporte de electrones en lugar de hidriones. Como resultado, el equipo buscó un sistema que contuviera cationes que fueran más donadores de electrones que el H-.
Kobayashi y Kanno colaboraron con colegas del Instituto de Ciencia Molecular, Agencia de Ciencia y Tecnología de Japón, Instituto de Tecnología de Tokio, Universidad de Kyoto y Organización de Investigación del Acelerador de Alta Energía en Japón. Examinaron cómo la estructura de sus compuestos de oxihidruro cambió con la composición ycondiciones de síntesis. También estudiaron las características de la estructura electrónica que sugerían un enlace iónico de Li-H en el compuesto, a saber, la existencia de H- en los óxidos.
Luego usaron La 2 LiHO 3 en una fase estructural ortorrómbica o- La 2 LiHO 3 como electrolito en una celda con ánodo de titanio y cátodos de hidruro de titanio.Los cambios de fase en los electrodos por la descarga fueron consistentes con un diagrama de fase Ti-H que sugiere el transporte de iones hidruro.Concluyen: "El éxito actual en la construcción de una célula electroquímica de estado sólido que exhibe difusión H confirma no solo la capacidad del oxihidruro para actuar como un electrolito sólido H, sino también la posibilidad de desarrollar dispositivos sólidos electroquímicos basados enH- conducción "
fondo
Baterías y pilas de combustible
Las baterías y las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos. En las baterías de iones de litio, por ejemplo, los iones de litio se mueven de un electrodo positivo a uno negativo durante el uso, y de nuevo durante la carga. Ahora se usan de manera ubicua para el almacenamiento de energía en dispositivos móviles, pero las mejorasA la densidad de energía, el rendimiento y la sostenibilidad medioambiental de estas baterías se sigue buscando extender su uso a otros dispositivos, como los automóviles. Los iones se mueven entre los electrodos a través de un electrolito. Los electrolitos de estado sólido tienen ventajas de seguridad y estabilidad sobre los líquidos, ya que sonmenos propenso a fugas y cortocircuito
En otros tipos de dispositivos electroquímicos, diferentes tipos de iones se mueven de un lado a otro, como los iones de hidrógeno positivos en las celdas de combustible. La carga y el tamaño de los iones afectan su transporte.
reacciones redox
Los iones se describen por la cantidad de electrones adicionales iones negativos o ausentes iones positivos en el orbital electrónico externo o de 'valencia'. El oxígeno acepta fácilmente los electrones para formar iones doblemente negativos O 2 -.Como resultado, cuando un ion se oxida, pierde electrones, lo que aumenta la positividad de su estado de oxidación.Cuando se reduce un ion, acepta electrones, lo que reduce la positividad de su estado de valencia electrónica.
En las baterías, los átomos se pueden oxidar para formar iones positivos que son atraídos hacia el electrodo negativo donde se reducen o viceversa. Estas reacciones de reducción y oxidación se describen como reacciones redox.
iones de hidruro
Aunque la conducción de iones de hidruro no se ha utilizado en baterías, existen ventajas potenciales para usar estos iones. Son similares en tamaño a los iones de óxido y fluoruro y tienen fuertes propiedades reductoras. El potencial redox estándar de H- / H 2 es -2.3 V - cerca de Mg / Mg 2+ -2.4 V que ya ha atraído el interés de las baterías. Por lo tanto, los conductores de iones de hidruro pueden aplicarse en dispositivos de almacenamiento o conversión de energía con altas densidades de energía.
Oxihidruros para conducción de iones hidruro
Para superar algunos de los desafíos que inhiben la conducción de iones de hidruro: la difusión de iones de hidruro en redes de cristales de óxido y la alta tendencia a la disociación de iones de hidruro a electrones y protones, los investigadores estudiaron oxihidruros que tienen estructuras similares a K2NiF4.incluido La 2 LiHO 3 x = y = 0, Sr 2 LiH 3 O x = 0, y = 2, La 2 -xSrxLiH 1 -xO 3 0 ≤ x ≤ 1, y = 0 y La 1 -xSr 1 + xLiH 2 -xO 2 0 ≤ x ≤ 1, y = 0.
Encontraron que La 2 LiHO 3 existe en dos fases químicas: ortorrómbica o y tetragonal t dependiendo de la proporción de los productos químicos de partida y las condiciones de síntesis. Los estudios de la conductividad de los compuestos mostraron que las composiciones de compuestos que condujeron a más vacantes eran más conductoras, lo que indica una relación entre las vacantes y la difusión iónica. También mostraron que la conductividad podría aumentarse aumentando el número de vacantes.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Institutos Nacionales de Ciencias Naturales . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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