Investigadores del Instituto de Ciencias de Materiales Celulares (iCeMS) de la Universidad de Kyoto han desarrollado un nuevo enfoque para acelerar los átomos de hidrógeno que se mueven a través de una estructura de red cristalina a temperaturas más bajas.
“Mejorar el transporte de hidrógeno en sólidos podría conducir a fuentes de energía más sostenibles”, dice Hiroshi Kageyama de iCeMS, quien dirigió el estudio.
Los 'aniones' de hidrógeno cargados negativamente pueden moverse muy rápidamente a través de un material 'hidruro' sólido, que consiste en átomos de hidrógeno unidos a otros elementos químicos. Este sistema es un competidor prometedor para la energía limpia, pero el transporte rápido solo ocurre a temperaturas realmente altas, por encima de los 450 ° C. Kageyama y su equipo han descubierto cómo hacer que los aniones de hidrógeno viajen aún más rápido a través de un hidruro a temperaturas mucho más bajas.
“En el pasado, se creía que la clave para una alta conductividad iónica a baja temperatura era estabilizar la fase de alta temperatura de un material introduciendo un desorden químico”, dice Kageyama. Los científicos hacen esto agregando compuestos que contienen oxígeno llamados óxidos en la estructura. En cambio, Kageyama y sus colegas introdujeron una estructura ordenada en un cristal de hidruro de bario, lo que provocó que los aniones de hidrógeno se movieran significativamente más rápido incluso a 200 ° C.
“Lograr una alta conductividad iónica a bajas temperaturas ordenando los aniones no tiene precedentes y puede ser aplicable a varios conductores iónicos en el futuro”, dice Kageyama.
Kageyama y su equipo cambiaron la estructura de un hidruro de bario típico al introducir capas a cada lado que están compuestas de hidrógeno unido a otro anión. Al hacer esto, fabricaron tres materiales diferentes, utilizando aniones bromuro, cloruro o yoduro. Esto proporcionó una estructura más ordenada al material original, evitando que cambiara de la celosía en forma de hexágono altamente estable y simétrica que generalmente se encuentra a altas temperaturas, a una estructura de forma ortorrómbica menos estable a medida que se enfriaba. Los aniones de hidrógeno se movieron a través de la red organizada muy rápidamente a 200 ° C. El material incluso condujo los aniones de hidrógeno a temperatura ambiente, aunque a un ritmo más lento.
“Mejorando la conductividad del anión de hidrógeno hasta la habitación temperaturas podría permitir el funcionamiento a baja temperatura de dispositivos electroquímicos, como las pilas de combustible, y abrir vías para su uso como catalizadores industriales o como fuentes de hidrógeno sólido para reacciones de hidrogenación ”, dice Kageyama.