水蒸氣幾乎可以通過有希望的燃料元素加倍氧化物電導率

水合顯著提高了BA的離子電導率₇NB₄卡通片₂₀對於低溫固體燃料元素的陶瓷電解質的有前途的候選者，但其起源和移動離子物種是未解決的問題。現在，來自東京科學研究所的研究人員發現，水蒸氣的作用通過增加間質氧離子來增加氧化物的遷移率，幾乎在500°C下幾乎雙重地點氧化物 – 氧化物電導率。這項研究的結果可以有助於開發有效且耐用的燃料元素以使用純能量。

燃料元件會產生電力，結合氫和氧，僅產生水作為生產力。使用能源和飲用水進行太空任務後，目前將燃料元素作為低級能源進行了研究。

根據所使用的電解質類型對燃料元件進行分類；每種類型都有某些優勢和缺點。一個類別包括使用陶瓷作為電解質的固體氧化物燃料元件和質子陶瓷燃料元件。這些燃料元件在高溫下運行 – 最高1000°C，這需要昂貴的貴金屬催化劑。但是，高溫也加速了材料的降解。因此，在較低的溫度下開發高電源電解質非常重要。

日本東京科學學院Masatomo Yasima教授與倫敦帝國學院和Kyusu大學的研究人員合作的最新研究₇NB₄卡通片₂₀ 作為有希望的電解質材料。該小組發現，當水蒸氣暴露時，材料和擴散的進行和擴散會顯著改善，從而為更有效，低溫燃料元素提供了道路。

一個 結論 於2025年7月18日在線發布 材料期刊化學為了紀念其效果和貢獻，將論文選為熱紙。

Yasima說：發現了一種新的“智能材料”，這增加了氧氣在陶瓷吸水中的遷移率。 ”

學士₇NB₄卡通片₂₀ 這是與鈣鈦礦相關的六邊形氧化物，其中氧化物離子（O^2-）通過氧缺乏症的層中的間質位點遷移，其晶體結構中的立方閉合（CCP）層。證明這種間隙擴散機制的材料在潮濕和乾燥條件下顯示出高離子電導率。但是，水合對O的影響^2- 運輸和電導率BA₇NB₄卡通片₂₀ 它不太了解。

為了解決這個問題，研究人員合成了BA₇NB₄卡通片₂₀ Granuls並在不同溫度下在乾燥和潮濕條件下調查了其運輸特性。他們使用氧氣和蒸汽濃度細胞測量了電動機。^2- 和h⁺ 電導率。他們還對痕量擴散進行了實驗，以跟踪氧化離子在材料中的擴散。

當暴露於水蒸氣時，與乾空氣相比，材料的電導率顯著增加，O^2- 他被確定為主要的電荷載體。在500°C下，氧擴散幾乎翻了一番，濕空氣中材料的總電導率（5.3×10^–4 s cm^–1它是在乾燥條件下的兩倍以上（2.5×10^–4 s cm^–1）

這種行為與水蒸氣吸收的間隙氧原子增加有關。研究人員使用分子動力學的建模與神經網絡的潛力，發現水合引入了額外的O^2- 佔據間質位點和形式的離子（NB/MO）₂關於₉ 晶格中的二聚體。二聚體的消失和改革增強了O^2- 移動性，改進O-材料O^2- 電導率。

這項研究考慮了間隙氧指南的關鍵知識差距，揭示了水合如何增強O^2- BA的電導率和活動能力₇NB₄卡通片₂₀該領域可以導致在較低溫度下運行的更耐用和有效的燃料元素的發展，這有助於克服更廣泛的實施的主要障礙。

“了解o^2- 和h⁺ Yasima說：“陶瓷氧化物離子，質子和雙向指南中的電導率對於純能量至關重要。”

“預計材料科學領域的這一突破將顯著推動清潔能源技術（例如燃料元素和蒸汽電解電池）所必需的離子導體的發展。