研究人員開發高性能氧離子導體 推動下一代電池發展

蓋世汽車訊 據外媒報道，在最近的一項研究中，東京工業大學（Tokyo Tech）、東北大學（Tohoku University）、Kojundo化學實驗室有限公司和澳洲核科學技術組織（ANSTO）的科學家報告了基于一種新的六方鈣钛礦相關氧化物的穩定高氧離子導體。這些高性能的氧離子導體，為開發下一代電池和清潔能源裝置（如固體氧化物燃料電池）使用的固體電解質鋪平道路。

（圖檔來源：東北大學）

随着清潔能源和高性能裝置的發展，開發替代能源材料的需求不斷增長，尤其是氧離子導體備受關注。由于晶體結構中存在高遷移性氧離子，這些材料具有獨特的電子性質，在固體氧化物燃料電池（SOFC）設計中具有潛在的應用前景，這是一種富有前景的清潔能源技術。

為了開發高效SOFC，需要具有高導電性、化學和電氣穩定性的固态氧離子導體。然而，傳統氧離子導體在700°C以下導電性不足，是以在較低溫度（300 - 600°C）下具有高離子導電性的替代材料備受追捧。

鈣钛礦型氧化物可以解決這一問題。據報告，由鋇（Ba）、钼（Mo）和铌（Nb）氧化物組成的六方鈣钛礦衍生物，具有高離子電導率，但仍存在某些缺點，如晶體結構間隙空間中的氧含量仍然很低，這是高傳導所必需的；在還原氣氛中，電子傳導與離子傳導相競争，阻礙了離子傳導；無法通過衍射技術揭示潛在的氧遷移機制。

由東京工業大學 Masatomo Yashima 教授上司的研究團隊解決了這些問題。該團隊開發了一種新的六方鈣钛礦相關氧化物Ba7Ta3.7Mo1.3O20.15，在中、低溫下表現出卓越的離子導電性。Yashima教授表示：“此項研究的目标是，設計能夠在其結構中引入大量間隙氧，并在中低溫下表現出高電導率的材料。此外，離子傳導在還原氣氛中仍占主導地位。”

該團隊随後利用同步加速器X射線、中子衍射資料和數值計算相結合的方法，對材料進行了結構分析。結果發現，與其他六方鈣钛礦相關氧化物相比，在結構中引入钽(Ta)可以提高穩定性，并産生更多的間隙氧。此外，分析和計算表明，Mo離子優先占據了負責氧離子傳導的缺氧層。

研究人員表示，這些研究結果将為SOFC的開發和商業化提供有效政策。