固体燃料電池で使用される酸化物イオン伝導体は、500℃未満の温度で動作すると、最大限の潜在力を発揮できないことがよくあります。ああ^{しかし、東工大の研究者は最近、この問題の解決策を発見しました。}彼らは、三重蛍石のような層を持つビスマス含有シレンオキシハロゲン化物において高い導電性と安定性を実証しました (例: 431 で 10 mS/cm)。ああ^C;310 の従来の導体と比較して 204 倍高い導電率ああ^C)。固体酸化物型燃料電池 (SOFC) は、

高効率他のタイプの燃料電池と比較して安全性が向上しています。SOFC の性能における重要な要素の 1 つは、固体電解質：酸化物イオン伝導体。その優れた電気化学的特性により、SOFC 用途だけでなく、固体酸化物電解槽セル (SOEC)、センサー、酸素分離膜にも理想的な電解質となります。

酸化物イオン伝導体には大きな利点があるにもかかわらず、イットリア安定化ジルコニア (YSZ) などの一般的に使用される酸化物イオン伝導体は、1000 ～ 700 ℃の非常に高い動作温度を必要とします。ああ^{長期間にわたって、このような高温は SOFC の性能に悪影響を与える可能性があります。}劣化を防ぐために高価な耐熱合金が使用されるため、SOFC の製造コストが自動的に上昇します。さらに、10の導電率を示す安定した酸化物イオン伝導体が不足しています。^–2Scm^–1500未満ああ^C.より低い動作温度による安定な酸化物イオン電解質の既存のギャップを埋めるために、八島正智教授率いる東京工業大学の研究チームは最近、シレンオキシハロゲン化物に注目しました。

最近では

アメリカ化学会誌勉強 彼らは、一連のビスマス (Bi) 含有シレンオキシハロゲン化物を合成し、その電気的および構造的特性を調査しました。「Bi 種を含む材料を選択したのは、高い酸化物イオン伝導性を示すことが知られているためです。さらに、親材料のシレンオキシハロゲン化物は、格子間酸素サイトを持つ三重の蛍石のような層を持っており、これが格子間酸化物イオンの拡散を引き起こす可能性があります」と八島氏は言います。。

この研究では、研究者らは分子式 Bi を持つシレンオキシ塩化物を合成しました。_2?×テ_×ルオ_4+×/2Cl (×= 0、0.1、0.2)。

Biに関するチームの実験_1.9テ_0.1ルオ_4.05Cl は 10 mS/cm (= 0.01 Ω) の高いバルク導電率を示しました。^–1cm^–1）は、燃料電池の実用化の基準である431℃という非常に低い温度での使用です。ああ^{Cより644ああ}従来材YSZ（イットリア安定化ジルコニア）のC。^ビ1.9_テ0.1_ルオ4.05_{Cl は 1.5 × 10 という高いバルク導電率も示します。}–3^Scm–1^{YSZの200倍以上となる310℃の低温で焼成します。}この挙動は、低い活性化エネルギーに起因すると考えられます。

中性子回折実験、DFT計算、および分子動力学シミュレーションらは、シレンオキシ塩化物の三重蛍石様層における格子間酸化物イオン拡散の存在により、低い活性化エネルギーと高い導電率が現れることを明らかにした。

Biは優れた酸化物イオン伝導性に加え、_1.9テ_0.1ルオ_4.05Cl はまた、431 °C で酸素分圧に依存せずに高い電気伝導率を示し、これは電解質ドメインの存在を示しました。また、CO 環境下でも高い化学的安定性を維持しました。₂400 °C での流れ、および 600 および 400 °C での周囲空気。

この研究の結果は、シレンオキシハロゲン化物の三重蛍石状層を使用して、500 °C 以下の温度で高イオン伝導体を開発できることを実証し、酸化物イオン伝導体に関する長年の問題を解決しました。高イオン性と電気伝導率Biの化学的安定性_1.9テ_0.1ルオ_4.05Cl は、三重蛍石様層を備えた優れた酸化物イオン伝導体の開発に新たな道を開く可能性があります。

「固体酸化物型燃料電池は新時代のエネルギー源として広く受け入れられていますが、動作温度が高いためコストが高くなります。この研究を通じて、私たちは新しい酸化物イオン伝導体を開発し、これによりエネルギー消費量を大幅に下げることができました。」動作温度そしてコストも削減できます」と八島氏は結論付けます。詳細情報: