Un grupo de investigación NIMS dirigido por el investigador principal asociado Renzhi Ma y el director Takayoshi Sasaki del Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales MANA descubrieron que las nanohojas de doble hidróxido en capas LDH tienen un nivel excepcionalmente alto de ion hidroxilo OH - conductividad hasta 10 -1 S / cm.Este OH - la conductividad es de 10 a 100 veces mayor que la del OH convencional - conductores, y es el más alto incluso entre los conductores de aniones inorgánicos. Las nanohojas de LDH pueden ser aplicables como electrolitos sólidos para pilas de combustible alcalinas y electrolizadores de agua, entre otros dispositivos.
En las celdas de combustible, que llaman la atención como una tecnología de conversión de energía limpia, iones de hidrógeno H +Los conductores p. Ej., Nafion® se usan generalmente como electrolitos.Sin embargo, el uso de H + los conductores requieren virtualmente el uso de catalizadores a base de platino, porque H + crea un entorno operativo altamente ácido. Es factible emplear OH - en lugar de H + como el ion conductor. Cuando OH - se utiliza, el entorno operativo es alcalino, lo que permite el uso de otros elementos de metal de transición más baratos, como Fe, Co y Ni, como catalizadores, lo que reduce los costos de producción. Sin embargo, el principal problema con este enfoque es que la conductividad deOH - en OH existente - los conductores son bajos 10 -3 a 10 -2 S / cm.La demanda ha sido alta para desarrollar materiales conductores prácticos con una conductividad iónica de aproximadamente 10 -1 S / cm, que es comparable con la conductividad de H + conductores
En este estudio, el grupo de investigación exfolió LDH en capas individuales en reacciones químicas, y midió la conductividad iónica de las nanocapas de una sola capa resultantes. Las nanohojas demostraron conductividades muy altas, hasta 10 -1 S / cm, aproximadamente a temperatura ambiente. La alta conductividad puede explicarse de la siguiente manera. Una gran cantidad de humedad se adsorbe en la superficie de las nanocapas de una capa, promoviendo el OH - para moverse libremente en la superficie, mejorando drásticamente las propiedades de transporte de iones de las nanohojas. La conductividad obtenida en este estudio es más alta que la de cualquier otro OH - el conductor informó anteriormente. Además, la conductividad en una dirección paralela a la superficie de la nanoescala dirección en el plano fue de cuatro a cinco órdenes de magnitud más alta que la conductividad en una dirección perpendicular a la superficie dirección en el plano transversal. Por lo tanto,La alta conductividad observada puede atribuirse a la nanoestructura bidimensional definitiva de las láminas.
Los hallazgos de este estudio pueden servir como un paso importante hacia la realización de celdas de combustible sólido impulsadas por OH - que se anticipó durante muchos años. Para aplicar la conductividad iónica superior en el plano identificada en este estudio a las capas de electrolitos sólidos para celdas de combustible y electrolizadores de agua, será vital diseñar estructuras de dispositivos capaces de explotar por completo dicho dispositivo.conductividad.
Parte de este estudio se llevó a cabo junto con un proyecto titulado "Ajuste de la función mediante la morfología y el control de la estructura de las nanoestructuras de hidróxido de baja dimensión", financiado por las Subvenciones para Ayuda Científica MEXT B.
Este estudio fue publicado en la revista Avances científicos .
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Materiales proporcionado por Instituto Nacional de Ciencia de Materiales NIMS . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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