Добавить новость
ru24.net
News in English
Июль
2024
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

Hexagonal Perovskite Oxides: Electrolytes for Next-Generation Protonic Ceramic Fuel Cells The material's high proton conductivity and chemical stability at temperatures of 200–500 ℃ can pave the way for more durable fuel cells

0
Hexagonal Perovskite Oxides: Electrolytes for Next-Generation Protonic Ceramic Fuel Cells The material's high proton conductivity and chemical stability at temperatures of 200–500 ℃ can pave the way for more durable fuel cells

This study presents a significant advancement in fuel cell technology. Researchers from Tokyo Tech identified hexagonal perovskite-related Ba5R2Al2SnO13 oxides (R = rare earth metal) as materials with exceptionally high proton conductivity and thermal stability. Their unique crystal structure and large number of oxygen vacancies enable full hydration and high proton diffusion, making these materials ideal candidates as electrolytes for next-generation protonic ceramic fuel cells that can operate at intermediate temperatures without degradation.

Hexagonal Perovskite-Related Oxides as Proton Conductors for Long-Lasting and Durable Fuel Cells

Fuel cells offer a promising solution for clean energy by combining hydrogen and oxygen to generate electricity, with only water and heat produced as byproducts. They consist of an anode, a cathode, and an electrolyte. Hydrogen gas is introduced at the anode where it splits into protons (H+) and electrons. The electrons create an electric current, while the protons migrate through the electrolyte to the cathode, where they react with oxygen to form water. Most fuel cells are solid oxide fuel cells (SOFCs), which use oxide ion conductors as electrolytes. However, a major challenge with SOFCs is the high operating temperatures required, leading to material degradation over time. To address this, protonic ceramic fuel cells (PCFCs) that use proton-conducting ceramic materials as electrolytes are being explored. These fuel cells can operate at intermediate, more manageable temperatures of 200–500 ℃. However, finding suitable materials that exhibit both high proton conductivity and chemical stability at these intermediate temperatures remains a challenge.

In a study published in the Journal of the American Chemical Society, researchers led by Professor Masatomo Yashima from Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), in collaboration with researchers from Tohoku University, have made a significant breakthrough. They identified chemically stable hexagonal perovskite-related oxides Ba5R2Al2SnO13 (where R represents rare earth metals Gd, Dy, Ho, Y, Er, Tm, and Yb) as promising electrolyte materials with a high proton conductivity of almost 0.01 S cm−1, which is notably higher than that of other proton conductors around 300 ℃.

"In this work, we have discovered one of the highest proton conductors among ceramic proton conductors: novel hexagonal perovskite-related oxide Ba5Er2Al2SnO13, which would be a breakthrough for the development of fast proton conductors," says Yashima.

The high proton conductivity of the material is attributed to the full hydration in highly oxygen deficient material with a unique crystal structure. The structure can be visualized as a stacking of octahedral layers and oxygen-deficient hexagonal close-packed AO3−δ (h') layers (A is a large cation such as Ba2+ and δ represents the amount of oxygen vacancies). When hydrated, these vacancies are fully occupied by the oxygens from the water molecules to form hydroxyl groups (OH), releasing protons (H+) which migrate through the structure, enhancing conductivity.

In their study, the researchers synthesized Ba5Er2Al2SnO13 (BEAS) using solid-state reactions. The material had a large amount of oxygen vacancies (δ = 0.2) and exhibited a fractional water uptake of 1, indicating its capacity for full hydration. When tested, its conductivity in a wet nitrogen environment was found to be 2,100 times higher than in a dry nitrogen environment at 356 ℃. When fully hydrated, it achieved a conductivity of 0.01 S cm−1 at 303 ℃.

Moreover, the arrangement of atoms in the octahedral layers provides paths for proton migration, further increasing proton conductivity. In simulations of Ba5Er2Al2SnO13·H2O, the researchers studied proton movement in a 2×2×1 supercell of the crystal structure, represented by Ba40Er16Al16Sn8O112H16. This structure included two h' layers and two octahedral layers. The researchers found that protons in the octahedral layer showed long-range migrations of protons, indicating fast proton diffusion.

"The high proton conductivity of BEAS is attributed to its high proton concentration and diffusion coefficient," explains Yashima.

In addition to its high conductivity, the material is also chemically stable at the operating temperatures of PCFCs. Upon annealing the material under wet atmospheres of oxygen, air, hydrogen, and CO2 at 600 ℃, the researchers observed no changes in its composition and structure, indicating the material's robust stability and suitability for continuous operation without degradation.

"These findings open new avenues for proton conductors. The high proton conductivity via full hydration and fast proton migration in octahedral layers in highly oxygen-deficient hexagonal perovskite-related materials would be an effective strategy for developing next-generation proton conductors," says Yashima. With its exceptional properties, this material could lead to efficient, durable, and lower-temperature fuel cells.

Innovative Strategies for High Proton Conducting Hexagonal Perovskite-Related Oxides

Innovative Strategies for High Proton Conducting Hexagonal Perovskite-Related Oxides

Reference

Authors :
Kohei Matsuzaki1, Kei Saito1, Yoichi Ikeda2, Yusuke Nambu2,3,4, and Masatomo Yashima1,*
Title :
High Proton Conduction in the Octahedral Layers of Fully Hydrated Hexagonal Perovskite-Related Oxides
Journal :
Journal of the American Chemical Society
DOI :
Affiliations :
1 Department of Chemistry, School of Science, Tokyo Institute of Technology, Japan
2 Institute for Materials Research, Tohoku University, Japan
3 Organization for Advanced Studies, Tohoku University, Japan
4 FOREST, Japan Science and Technology Agency, Japan

* Corresponding author's email: yashima@cms.titech.ac.jp

School of Science

School of Science —Exploring the Truth and Creating Knowledge—
Information on School of Science inaugurated in April 2016

School of Science

Schools, Departments, and Institute for Liberal Artsouter

Further Information

Professor Masatomo Yashima

School of Science, Tokyo Institute of Technology

Email yashima@cms.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-2225

Contact

Public Relations Division, Tokyo Institute of Technology

Email media@jim.titech.ac.jp
Tel +81-3-5734-2975




Moscow.media
Частные объявления сегодня





Rss.plus



Финалист шоу “Голос” Сергей Арутюнов остался без голоса. Артист находится в больнице, состояние тяжёлое.

"Матрица" от ShantiOlga активирует изобилие

Заведующий рефракционным отделением клиники микрохирургии глаза АйМед Кирилл Светлаков: как снизить нагрузку на глаза при работе с гаджетами

РОССИЯ ПРОВЕРИТ ЦРУ И СЕКРЕТНУЮ СЛУЖБУ США?!


"Матрица" от ShantiOlga активирует изобилие

Инсульт: что нужно знать?

Итоги конкурса моделей «Best Model Russia 2024»

Аферисты начали массово брать на россиян кредиты по новой схеме: граждан предупредили о новом телефонном мошенничестве, не попадитесь


Warner will not be considered for 2025 Champions Trophy: Bailey

‘He walked just fine’: Pros react to Abdul Razak Alhassan vs. Cody Brundage ending in controversial no-contest

Bears Reportedly Played A Big Part In Giants Losing Saquon Barkley

See the $10M New Orleans mansion with a grisly past that lured a potential new buyer in less than a day


Агентство "IT monitoring" сообщает об обновлениях в B2B-еженедельнике "IT-Digest"

Летний туристический проект «Умные путешествия» запущен в Подмосковье

Терминал сбора данных (ТСД) промышленного класса SAOTRON RT42G

Финалист шоу “Голос” Сергей Арутюнов остался без голоса. Артист находится в больнице, состояние тяжёлое.


How well does XCOM: Enemy Within hold up today?

Yesterday I ignored 10 tornado warnings to finish a Destiny 2 raid, didn't get the exotic drop, and disappointed my fiancée. Is there some sort of lesson here?

Двадцать пять человек за одним столом под звуки караоке – это было шедеврально!

CD Projekt's Pawel Sasko tells the inspiring tale of how an Estonian beet farmer in Australia became a senior quest designer on The Witcher 4



Агент по организации ПРОДАЖИ КНИГИ в книготорговых организациях.

Рекой подать. Туристы рассказали, куда едут в круизы из Москвы

Заводы АО "Желдорреммаш" выбирают лучших в своей профессии

Филиал № 4 ОСФР по Москве и Московской области информирует: За полгода 14,9 тысячи жителей Московского региона оформили страховую пенсию в автоматическом режиме на портале госуслуг




"Погодное дежавю": в некоторых районах Москвы в четверг и пятницу выпадет 75% месячной нормы осадков

Актриса Уколова заявила, что в юности получала деньги от влиятельного мужчины

РОССИЯ ПРОВЕРИТ ЦРУ И СЕКРЕТНУЮ СЛУЖБУ США?!

Около 150 будущих следователей и криминалистов получили дипломы в Музее Победы


Сергей Собянин в новой школе в Коммунарке

Почти 1,5 миллиона жителей Подмосковья бесплатно проверились на ВИЧ с января

Бывший сенатор Сабадаш предстанет перед судом в Москве

Эксперт рассказала, в каких заведениях лучше не покупать шаурму


Independent: Кейт Миддлтон посетила финал Уимблдона, несмотря на болезнь

Один финал Испания выиграла — пусть не у Англии, зато в Лондоне у Джоковича! Алькарас — двукратный чемпион Уимблдона

Теннисист Александр Зверев может понести флаг Германии на открытии Олимпиады в Париже

Крейчикова выиграла второй турнир «Большого шлема» и вернется в топ-10


Стартовал набор в волонтерский корпус «Территории будущего. Москва 2030» — Сергунина

Замначальника МВД на транспорте по Махачкале арестовали за взятки

Reach Your Audience with Push, InPage, OnClick Traffic

Сергей Собянин в новой школе в Коммунарке


Музыкальные новости

Немецкий тату-художник выставил на торги иглы, которыми он делал тату вокалисту Rammstein

SHAMAN посетил концерт Лепса в компании любимой жены

Командарм Попов из-под следствия убыл // Фигурантов громкого дела освободили из СИЗО

«Я не святоша и имею право»: Арбенина призналась, что была наркозависимой



Общество: Скоростное движение в обход Твери и Тольятти укрепит экономику и логистику России

Судебный процесс над экс-сенатором Сабадашем перенесли из Петербурга в Москву

Заводы АО "Желдорреммаш" выбирают лучших в своей профессии

Рекой подать. Туристы рассказали, куда едут в круизы из Москвы


Мишустин сообщил о старте работ по строительству высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва — Санкт-Петербург

Командарм Попов из-под следствия убыл // Фигурантов громкого дела освободили из СИЗО

Росгвардия завершила весеннюю призывную кампанию в Кузбассе

Общество: Скоростное движение в обход Твери и Тольятти укрепит экономику и логистику России


В Подмосковье сотрудники Росгвардии задержали нетрезвого водителя

Общество: Скоростное движение в обход Твери и Тольятти укрепит экономику и логистику России

В Москве нельзя ездить пьяным на электросамокате - заставят бесплатно работать

Столичный СК: число отравившихся шаурмой на Дмитровском шоссе выросло до 17


Путин на Lada Aura дал старт движению по новым трассам в обход Твери и Тольятти

В Зоосад в вотчине Деда Мороза в Великом Устюге прибыло два северных оленя редкого белого цвета. Эти животные стали подарком президенту России от ямальской семьи Пяк.

Представители муниципалитетов Псковской области окончили федеральную «Школу мэров»

Путин открыл последний участок трассы из Москвы в Санкт-Петербург


Число заболевших коронавирусом в России увеличилась на 3,1 процента




Случайно упал, сломал рёбра. Врачи две недели пытались спасти экс-главреда "Ведомостей"

Восстановление запястья после неправильной репозиции костей за 1 прием

Сеть клиник «Будь Здоров» открывает новое направление лечения — ВМАС-терапию

Врач дерматолог-косметолог Мадина Байрамукова: как уберечь себя от укусов комаров и ос


Сам придумал наступление, сам отразил: пресс-конференция Зеленского превратилась в сеанс одновременного вранья, шантажа и гипноза

МИД РФ: Вашингтон дал Киеву карт-бланш на удары по российской территории

Зеленский поставил крест на последней надежде Киева: попытки Рады развернуть соратника Трампа в свою сторону обречены на провал

Зеленский намерен отобрать государственные награды у Азарова, Табачника, Ефремова. Напуганный Бойко - за


Legalbet: "Локомотив" заинтересован в лучшем бомбардире чемпионата Азербайджана

Тульские спортсмены завоевали медали Кубка России по плаванию

Росгвардия обеспечила безопасность на футбольном матче в Москве

Соревнования по мини-футболу в честь 30-летия Центра подготовки Росгвардии прошли в Москве


Минск предлагает урегулировать отношения с Варшавой и Вильнюсом, но не видит ответных шагов

Будем дипломатичными, пока сапог не ступит на нашу землю — Лукашенко

Лукашенко: Минск нацелен решать проблемы с соседями дипломатией, а не войной

В Минске прошла рабочая встреча Александра Лукашенко и Олега Кожемяко



Сергей Собянин рассказал о развитии производства промоборудования в Москве

Собянин рассказал о завершающем этапе строительства Южной рокады

Сергей Собянин. Главное за день

Собянин поддержал проведение 37-й Московской международной книжной ярмарки


Карта дня: как изменится климат вашего города через 60 лет

Сертификаты Wildberries в подписке от Инго Экосистемы

В Москве построят еще 200 зарядных станций для электромобилей

На биостанции в «Лосином острове» родился Бэмби


Актер Павел Прилучный заявил, что его счета заблокировали по ошибке ФНС

Бывший сенатор Сабадаш предстанет перед судом в Москве

Эксперт рассказала, в каких заведениях лучше не покупать шаурму

Стартовал набор в волонтерский корпус «Территории будущего. Москва 2030» — Сергунина


АО «Транснефть - Север» в I полугодии 2024 года выполнило диагностику более 1 тыс. км трубопроводов в 4 регионах

Дни рождения

Многолетнюю мерзлоту будут изучать в Амурской области

Гребцы Архангельской области выступают на Всероссийских соревнованиях


Дорогу, в провале которой в 2014 году погибли 6 человек, снова закрыли

Круиз-викторина "Твоей истории негромкой мне дорог каждый уголок"

В рейтинге городов России по объемам ввода жилья Севастополь на 29 месте, Симферополь — 73

«Падает цена там, где она уже перегрета». В Симферополе цена на квартиры-малютки снизилась, в Севастополе — стабильно высокая


Стартовал набор в волонтерский корпус «Территории будущего. Москва 2030» — Сергунина

Воробьев рассказал о строительстве и ремонте школ Подмосковья

Бывший сенатор Сабадаш предстанет перед судом в Москве

Более 400 соотечественников получили консульскую помощь на Канарских островах












Спорт в России и мире

Новости спорта


Новости тенниса
Новак Джокович

Алькарас – четвертый теннисист, который дважды обыграл Джоковича в финале «Большого шлема»






Воробьев рассказал о строительстве и ремонте школ Подмосковья

Reach Your Audience with Push, InPage, OnClick Traffic

Новая пожарная часть появилась в Ногинском лесничестве

Сергей Собянин в новой школе в Коммунарке