Исследователи из Института клеточных материаловедения (iCeMS) при Киотском университете разработали новый подход к ускорению движения атомов водорода через структуру кристаллической решетки при более низких температурах.
«Улучшение переноса водорода в твердых телах может привести к созданию более устойчивых источников энергии», - говорит Хироши Кагеяма из iCeMS, руководивший исследованием.
Отрицательно заряженные «анионы» водорода могут очень быстро перемещаться через твердый «гидридный» материал, который состоит из атомов водорода, прикрепленных к другим химическим элементам. Эта система является многообещающим претендентом на экологически чистую энергию, но быстрая транспортировка происходит только при действительно высоких температурах, выше 450 ° C. Кагеяма и его команда выяснили, как заставить анионы водорода проходить через гидрид еще быстрее при гораздо более низких температурах.
«Раньше считалось, что ключом к высокой ионной проводимости при низкой температуре является стабилизация высокотемпературной фазы материала путем введения химического беспорядка», - говорит Кагеяма. Ученые делают это, добавляя в структуру кислородсодержащие соединения, называемые оксидами. Вместо этого Кагеяма и его коллеги ввели упорядоченную структуру в кристалл гидрида бария, из-за чего анионы водорода перемещались значительно быстрее даже при 200 ° C.
«Достижение высокой ионной проводимости при низких температурах путем упорядочивания анионов является беспрецедентным и может быть применимо к различным ионным проводникам в будущем», - говорит Кагеяма.
Кагеяма и его команда изменили структуру типичного гидрида бария, добавив с обеих сторон слои, состоящие из водорода, присоединенного к другому аниону. Делая это, они сделали три разных материала, используя анионы бромида, хлорида или йодида. Это обеспечивало более упорядоченную структуру исходного материала, предотвращая его переход от высокостабильной и симметричной шестигранной решетки, обычно обнаруживаемой при высоких температурах, к менее стабильной структуре ромбической формы при охлаждении. Анионы водорода очень быстро перемещались через организованную решетку при 200 ° C. Материал даже проводил анионы водорода при комнатной температуре, хотя и с меньшей скоростью.
«Улучшение проводимости анионов водорода до комнатной температурах могут обеспечить низкотемпературную работу электрохимических устройств, таких как топливные элементы, и открыть возможности для их использования в качестве промышленных катализаторов или твердых источников водорода для реакций гидрирования », - говорит Кагеяма.