Добавить новость
smi24.net
News in English
Апрель
2024

Discovering Exceptional Oxide Ion Conductivity at Lower Temperatures Paving the Way for Future Development of Solid Oxide Fuel Cells

0

Oxide ion conductors used in solid-state fuel cells often fail to reach full potential when operating at temperatures below 500 ℃, but researchers from Tokyo Tech have recently found a solution to this problem. They demonstrated high conductivity and stability in bismuth-containing Sillén oxyhalides with triple fluorite-like layers (e.g. 10 mS/cm at 431 ℃; 204 times higher conductivity than that of conventional conductors at 310 ℃).

Solid oxide fuel cells (SOFCs) are known for their high efficiency and improved safety compared to other types of fuel cells. One of the key factors in SOFC performance is the solid electrolyte: the oxide ion conductor. Its excellent electrochemical properties make it an ideal electrolyte not only for SOFC applications but also for solid oxide electrolyzer cells (SOECs), sensors and oxygen separation membranes.

Despite the significant advantages of oxide ion conductors, commonly used oxide ion conductors such as yttria-stabilized zirconia (YSZ) require extremely high operating temperatures of 1,000−700 ℃. Over long periods, such high temperatures can be detrimental to SOFC performance. To prevent degradation, expensive heat-resistant alloys are used, which automatically increases the production cost of SOFCs. In addition, there is a lack of stable oxide ion conductors that exhibit a conductivity of 10−2 S cm−1 below 500 ℃.

To bridge the existing gap in the stable oxide ion electrolytes with lower operating temperatures, a team of researchers from Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), led by Professor Masatomo Yashima, recently turned their attention to Sillén oxyhalides. In the latest Journal of the American Chemical Society study, they synthesized a series of bismuth (Bi)-containing Sillén oxyhalides and investigated their electrical and structural properties. "We chose materials containing Bi species because they are known to exhibit high oxide ion conductivity. Additionally, the parent materials Sillén oxyhalides possess triple fluorite-like layers with interstitial oxygen sites, which can lead to interstitialcy oxide ion diffusion," says Yashima when asked about their choice of materials.

In this study, the researchers synthesized Sillén oxychlorides with the chemical formula Bi2−xTexLuO4+x/2Cl (x = 0, 0.1, and 0.2). The team's experiments on Bi1.9Te0.1LuO4.05Cl showed high bulk conductivity of 10 mS/cm (= 0.01 Ω−1 cm−1), which is a standard for practical use in fuel cells, at a much lower temperature of 431 ℃ than 644 ℃ of the conventional material YSZ (Yttria-Stabilized Zirconia) (Fig. 1a). Bi1.9Te0.1LuO4.05Cl also exhibits high bulk conductivity of 1.5 X 10−3 S cm−1 at a low temperature of 310 ℃, which is more than 200 times higher than that of YSZ. This behavior was attributed to the low activation energy. Further analysis using neutron diffraction experiments, DFT calculations, and molecular dynamics simulations revealed that the low activation energy and high conductivity emerge due to the interstitialcy oxide ion diffusion in the triple fluorite-like layer of Sillén oxychlorides (Figs. 1b and 1c).

Figure 1.
(a) The newly discovered compound Bi1.9Te0.1LuO4.05Cl exhibits high oxide-ion conductivity of 10 mS/cm at 431 ℃, which is 213 ℃ lower compared with the traditional material YSZ. (b) Experimental and (c) theoretical evidences for the interstitialcy oxide-ion diffusion in a triple fluorite-like layer, which causes the high oxide ion conductivity. © Authors (2024)

Apart from excellent oxide ion conductivity, Bi1.9Te0.1LuO4.05Cl also exhibited high electrical conductivity independent of the oxygen partial pressure at 431 ℃, which indicated the electrolyte domain. It also maintained high chemical stability under CO2 flow at 400 ℃ and ambient air at 600 and 400 ℃.

The results of this study demonstrated that triple fluorite-like layers of Sillén oxyhalides can be used to develop high ionic conductors at temperatures below 500 ℃, solving a long-standing problem with oxide ion conductors. The high ionic conductivity and chemical stability of Bi1.9Te0.1LuO4.05Cl may open new avenues for the development of superior oxide ion conductors with a triple fluorite-like layer.

"Solid oxide fuel cells are being widely accepted as the new-age energy source, but the cost is high due to their high operating temperature. Through this research, we have developed new oxide ion conductors, which could significantly lower the operating temperature and reduce their cost," concludes Yashima.

Reference

Authors :
Nachi Ueno, Hiroshi Yaguchi, Kotaro Fujii, and Masatomo Yashima
Title :
High Conductivity and Diffusion Mechanism of Oxide Ions in Triple Fluorite-like Layers of Oxyhalides
Journal :
Journal of the American Chemical Society
DOI :
Affiliations :
Department of Chemistry, School of Science, Tokyo Institute of Technology, Tokyo, Japan

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 Arts

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








«Верил, что ссоры — это происки темных сил»: победителя «Битвы экстрасенсов» обвинили в абьюзе

Скидки до 25% в 14 жилых комплексах MR

Украина со стороны Азербайджана атаковала астраханский порт. Под удар попало грузовое судно

Азербайджан в оккупированном Нагорном Карабахе массово уничтожает армянское культурное наследие. Зафиксировано более 800 случаев вандализма


'You’ll never walk alone': Liverpool pays heartfelt tribute to Diogo Jota and Andre Silva - Watch

Midfielder frustrated as price tag blocks career changing move to Man United

1 dead, 2 injured after motorcycle crash in Queensbury

MTV VMAs 2025 First Performers Revealed: Sabrina Carpenter, J Balvin, Ricky Martin & More!


Появилась новость про новый кроссовер КАМАЗ Каспий. Что это вообще такое?

В Россию привезли новые Land Cruiser Prado в удачном исполнении

Рассвет на Ладоге.

Кажетта Ахметжанова: как осиновый колышек сможет защитить от негатива и сглаза


Bongo Cat, still one of the biggest games on Steam, gets even bigger with multiplayer: You can now have up to 100 cats on your screen at once, all of them happily bapping away as their owners type

Samsung has announced the world's first 500 Hz OLED monitor, but it's the new 5K2K panel that's got my wallet twitching

Все персонажи Mafia: The Old Country из прошлых частей Mafia

Список лучших PvE-питомцев для фарма в Etheria: Restart



Синоптики спрогнозировали похолодание в Москве

В ожидании бабьего лета. Долгосрочный прогноз погоды на сентябрь 2025 г.

В Луганске наградили победителей регионального отборочного тура детского благотворительного фестиваля «Добрая волна»

Минпросвещения России: специалисты МГППУ создали игровую программу, которая подготовит дошкольников к возможным опасным ситуациям


Александр Петров приручает дракона: вышел трейлер сказочного блокбастера «Горыныч»

Вывод песни для продвижения в Импульсе Яндекс Музыка.

Царь Горох. Каких перемен ожидать на мировом рынке зернобобовых, рассказал эксперт

Постпред в Вене Ульянов: Россия имеет право на гарантии безопасности от Запада


Эндокринолог Филатова: меню против боли при ПМС

Флагманский магазин "Гжель" и кленовая аллея: новая страница в истории квартала

Рядом с Marins Park Hotel Новосибирск пройдёт фестиваль «ТехноАрт 2025»

Скидки до 25% в 14 жилых комплексах MR


Кудерметова не вышла в решающую стадию турнира в Цинциннати

Россиянка Кудерметова прошла в полуфинал турнира WTA в США

Швентек вышла во второй раз на финальный турнир WTA

Теннисист Карен Хачанов стал 9-м в рейтинге ATP и первой ракеткой России


«Сволочи подсыпали что-то»: вдова Баталова потеряла зрение из-за преступников

На хакатоне «Наносемантики» и Skillfactory cтуденты разработали ИИ-сервис для интерпретации результатов общего анализа крови

Поздравления с юбилеем (Исполнилось 60 лет со дня рождения Самвела Карапетяна)

Эндокринолог Филатова: меню против боли при ПМС


Музыкальные новости

Концерт Мацуева, роспись мурала и показы фильмов: как пройдет фестиваль «Кандинский» в Коми

Машину отбросило на 25 метров: как произошла авария, в которой погиб Виктор Цой

Певец SHAMAN выступил перед Ким Чен Ыном на празднике в КНДР

Алгоритмы Яндекс Музыки. Алгоритмы продвижения в Яндекс Музыка.


На хакатоне «Наносемантики» и Skillfactory cтуденты разработали ИИ-сервис для интерпретации результатов общего анализа крови

В чем преимущества эндопротезирования коленного сустава по ОМС и квоте?

Институт проблем биорегуляции презентовал решения для репродуктивного здоровья на фестивале “Здорово на все 100”

Минерализация, pH и сезон: врач Энгельгардт рассказала, на что смотреть при выборе воды


Трое суток в режиме нон-стоп: главное о поездках Путина в Магадан и на Чукотку

Священник Волков назвал икону Германа от Путина символом единства России и США

Продвижение Песни в Импульсе Яндекс Музыка.

Алгоритмы Яндекс Музыки. Алгоритмы продвижения в Яндекс Музыка.


Казаки Кубанского казачьего центра «Баско» спасли жизнь водителю автобуса!

Очередь на въезд в Крым превысила 1,2 тысячи машин

ЛУКОЙЛ выступил Генеральным партнером автопробега БРИКС

PUNKT E примет участие в онлайн-конференции «Диалоги о ритейле. Спецпроект»


FR: Путин шокировал Трампа фразой на английском во время саммита на Аляске

Путин поделился с президентом ЮАР результатами переговоров на Аляске

Источник сообщает: европейские дипломаты рассматривают возможность бойкота парада в Пекине из-за позиции Путина

Путин проведёт встречу с временно исполняющим обязанности губернатора Ростовской области




Институт проблем биорегуляции презентовал решения для репродуктивного здоровья на фестивале “Здорово на все 100”

В чем преимущества эндопротезирования коленного сустава по ОМС и квоте?

Минерализация, pH и сезон: врач Энгельгардт рассказала, на что смотреть при выборе воды

Дерматолог Энгельгардт перечислила продукты, из-за которых обостряются все кожные проблемы


«Мяч на стороне Киева»: Трамп проведет переговоры с Зеленским

Обзор иноСМИ: «сильное давление» Трампа на Зеленского и что США предложат Киеву

В Киеве заявили, что Зеленский боится ареста в США, если не пойдет на условия Трампа

В Киеве забеспокоились из-за предупреждения Трампа Зеленскому


Москва: споры о сигарете обернулись нападением с бейсбольной битой на мужчину

Брянские теннисистки завоевали три медали всероссийского турнира

Дзержинский «Химик» стал обладателем Кубка России по пляжному регби

ТАСС: "Урал", подаренный Путиным жителю Аляски, был куплен за день до саммита


Лукашенко: туристы в Белоруссию не поедут, если в отелях будут тараканы

Президент Лукашенко постановил меры по стимулированию туризма в Беларуси


Сергей Собянин. Главное за день

Москва внедряет роботов: Собянин запускает инновационный проект

Собянин: детям участников СВО доступно более 170 специальностей для стажировки

Собянин: В Москве в 26-й раз пройдет конкурс «Путеводная звезда»


Технологические проекты и инновации в НЛМК

PUNKT E примет участие в онлайн-конференции «Диалоги о ритейле. Спецпроект»

Цифровые решения в металлургическом производстве

КОМПАНИЯ LG ВНЕДРЯЕТ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ДЛЯ 4-ПОТОЧНЫХ КОНДИЦИОНЕРОВ


Аппаратная косметология Virsavia запускает сезон скидок на процедуры омоложения и коррекции контуров тела

Минерализация, pH и сезон: врач Энгельгардт рассказала, на что смотреть при выборе воды

Поздравления с юбилеем (Исполнилось 60 лет со дня рождения Самвела Карапетяна)

«Сволочи подсыпали что-то»: вдова Баталова потеряла зрение из-за преступников


Архангельские врачи из «Семашко» провели сложную операцию по удалению опухолей сразу двух органов

Виноградовский округ: жизнь между двух берегов

Родина российского триколора: в Петровском сквере установят стелу в честь национального флага

В Северодвинске введена в эксплуатацию 1-я очередь ЖК «Аквилон Listva»


Бульвар Полуденный частично останется без электричества: в Симферополе, Евпатории, Алуште, Ялте, Керчи, Джанкое, Феодосии и Севастополе отключат свет 18 августа

Какие бургеры лучше заказывать с доставкой?

Прогноз погоды в Крыму на 17 августа

Что лечит травматолог: основные заболевания и травмы


На хакатоне «Наносемантики» и Skillfactory cтуденты разработали ИИ-сервис для интерпретации результатов общего анализа крови

Институт проблем биорегуляции презентовал решения для репродуктивного здоровья на фестивале “Здорово на все 100”

«Светлый» – квартал для тех, кто ждал перемен

Аппаратная косметология Virsavia запускает сезон скидок на процедуры омоложения и коррекции контуров тела














СМИ24.net — правдивые новости, непрерывно 24/7 на русском языке с ежеминутным обновлением *