Perovskite çift oksitler hakkında elde edilen yeni veriler

Külçe ve Bileşik Dergisi Katı Hal Kimyası ve Mekanik Kimya Enstitüsü (Rusya Bilimler Akademisi Ural Şubesi), Donostia Uluslararası Fizik Merkezi ve HSE Tikhonov Moskova Elektronik ve Matematik Enstitüsü tarafından kübik çiftin özellikleri üzerine ortaklaşa yazılan bir makale yayınladı. oksitler perovskit. Şimdiye kadar, minerallerin özelliklerinin deneysel ölçümleri, teorik modelleme sonuçlarıyla tutarlı olmamıştır. Çalışma, araştırmacıların kendilerine bu tutarsızlığı açıklama görevini ilk kez koyduklarını temsil ediyor. Elde edilen veriler, araştırmacıların mevcut elektrik kaynaklarına ana alternatiflerden biri olan düşük sıcaklıklı yakıt hücresi teknolojilerini geliştirmelerine olanak sağlayacak.

Araştırmacılar arasında, yaygın olarak bilinen galvanik piller yerine yakıt hücrelerini kullanma yönünde artan bir destek var. Tipik piller, elektrik üretmek için kullanılan sınırlı miktarda malzeme içerir – pilin yakıtı bittiğinde çalışmayı durdurur. Yakıt hücrelerinde hidrojen yakıtı oksijen ile karıştırılarak elektrik, ısı ve su, dışarıdan beslenen yakıt ve havadan alınan oksijen ile üretilir. Bu, bu tür pillerin sabit bir güç kaynağına sahip oldukları sürece çalışabileceği anlamına gelir. Bu işlemin tek yan ürünü sudur ve hücreleri, kullanım ömürleri sonunda atılması gereken manganez veya çinko bazlı pillere çevre dostu bir alternatif haline getirir.

sağlam oksit Yakıt hücreleri (SOFC’ler) giderek daha umut verici bir teknolojidir. Hücreler elektrolit olarak pozitif ve negatif elektrotlar arasında bir ara ürün olan seramik bir malzeme (zirkonyum dioksit gibi) kullanır. Avantajlar Katı oksit yakıt hücreleri içerir Yüksek verimgüvenilirlik, farklı yakıt türleri ile çalışma yeteneği ve nispeten düşük bir maliyetle.

Ayrıca, diğer yakıt pili tiplerinden farklı olarak, SOFC’lerin elektrotlar arasında bir elektrolit ile düz olması gerekmez. Hava veya yakıtın iç taraftan aktığı borular gibi, dış taraf boyunca başka bir gazın aktığı borular gibi çeşitli biçimler alabilirler.

Katı oksit yakıt hücrelerinin de önemli bir dezavantajı vardır: gerekli kimyasal reaksiyonları sürdürmek için yüksek sıcaklıklara (yaklaşık 500-1000°C) ihtiyaç duyarlar. SOFC’leri daha düşük sıcaklıklarda kullanmak için pahalı platin katalizörler gerekir, bu da yakıt hücrelerinin maliyetini büyük ölçüde artırır.

Bu nedenle birçok araştırmacı, elektrik üretiminin verimliliğinden ödün vermeden katı oksit yakıt hücrelerinin çalışma sıcaklıklarını düşürmenin yollarını aramaktadır. Bu alandaki araştırma alanları, istenen reaksiyonlar için oldukça aktif katalizörlerin araştırılmasını, SOFC bileşenlerinin sentezlenmesi için tekniklerin geliştirilmesini ve elektrotlar için aktif malzemelerin oluşturulmasını içerir.

Araştırmacılar, endüstriyel uygulama için gerekli özelliklere sahip elektrolitler olarak perovskit benzeri minerallerin kullanılmasını önerdiler. Perovskite, birbirine bağlı iki negatif yüklü iyon ve bir pozitif yüklü iyondan oluşan bir mineral sınıfıdır. Yazarlar, çift A. perovskite yapısına sahip bir molibdat kompleks oksitin kullanılmasını önerdiler.₂MeMoO₆, burada A kalsiyum, stronsiyum veya baryumu temsil eder ve Me üç boyutlu metalleri veya magnezyumu temsil eder.

A = stronsiyum ve I = magnezyum veya nikel olan bileşimler en umut verici olarak tanımlanmıştır. Bu oksitler, indirgeme koşulları altında iyi elektriksel iletkenlik gösterir ve ayrıca yakıt gazındaki kükürt ve karbon oksit safsızlıklarını tolere eder.

Pratik açıdan çekici olmasına rağmen, Sr gibi perovskite benzeri çift molibden oksitlerin özellikleri₂mg_{1 adet}Ne_xMoO₆ tam olarak anlaşılmamıştır. Malzeme özelliklerinin deneysel ölçümleri, kendisi büyük ölçüde ilk varsayımlara ve kullanılan yazılım koduna bağlı olan hesaplamalı modellemeden türetilen teorik tahminlerden farklıdır.

Makalenin yazarları, maddenin elektronik spektrumunun bilgisayar modellemesini Sr’nin nasıl kullanıldığına dair deneysel verilerle birleştirmeye yönelik ilk girişimi yaptılar.₂mg_1-xNe_xMoO₆ Elektrik çalışıyor. Sonuçlar, babanın yarı iletken doğasını desteklemektedir.₂mg_1-xNixMoO₆ Teslimat. Metallerde olduğu gibi, bir yarı iletkende yüklü parçacıkların hareketi bir elektrik akımı üretir. Bununla birlikte, metallerde, serbest elektronların varlığı, malzemenin yapısından ve atomlardaki elektronik bağlardan kaynaklanırken, yarı iletkenlerde yük taşıyıcıların varlığı, en önemlisi saflığı ve sıcaklığı olan çeşitli faktörler tarafından belirlenir. malzeme. Yarı iletkenler.

Araştırmacılar, yarı iletkenlerin elektrolitler olarak etkin bir şekilde kullanılabileceği konusunda hemfikirdir. yakıt hücreler İyi elektrokimyasal özellikleri ve yüksek iyonik iletkenliği sayesinde. Perovskit benzeri çift oksitlerle ilgili daha fazla çalışmanın, bu umut verici malzemeyi çeşitli enerji teknolojilerinde kullanmak için yeni fırsatlar sağlayacağına inanıyorlar.

Ulusal Araştırma Üniversitesi Ekonomi Yüksek Okulu tarafından sağlanmıştır