News in English

Новости сегодня на DirectAdvert

Новости сегодня от Adwile

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.

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

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 —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

Читайте на 123ru.net

Другие проекты от 123ru.net



Архангельск

ТСД SAOTRON RT41 GUN: практичный, производительный, надёжный



Мода

Благодарность за концерт




Українські новини

Просувайте сайт на новий рівень за допомогою якісних крауд-посилань



Новости 24 часа

Мытищинский отдел вневедомственной охраны



Game News

A Valve engineer used ChatGPT to find a new matchmaking algorithm for Deadlock, and now it's in the game



Москва

Почтили память легендарного директора



News Every Day

3 Negroni variations to try this fall



Авто

StarLine: Умный комфорт в твоих руках!



Москва

Адвокаты Шевцов и Ушкалов арестованы в Москве за посредничество во взяточничестве на 30 млн рублей



Pink Floyd

Financial Times: Pink Floyd продаст Sony Music права на музыку за 400 миллионов долларов



Москва

Порядка 1,5 тысячи часов мастер-классов пройдут на площадках фестиваля «Золотая осень» 



WTA

Самсонова и Кочаретто вышли в полуфинал турнира WTA 1000 в Пекине в парном разряде



Москва

Станислав Кондрашов, охотник за привидениями, о призраках на живописных дорогах мира



Владимир Путин

Как Владимир Путин отреагировал на уход из жизни Добрынина



Симферополь

Выставка рисунков «За животных в ответе и взрослые и дети», к Всемирному дню защиты животных.



Москва

Стартовал физкультурно-спортивный фестиваль для людей с инвалидностью «Сочи-2024»



Москва

Собянин поздравил учителей с профессиональным праздником



Москва

Стартовал физкультурно-спортивный фестиваль для людей с инвалидностью «Сочи-2024»



103news.com — быстрее, чем Я..., самые свежие и актуальные новости Вашего города — каждый день, каждый час с ежеминутным обновлением! Мгновенная публикация на языке оригинала, без модерации и без купюр в разделе Пользователи сайта 103news.com.

Как добавить свои новости в наши трансляции? Очень просто. Достаточно отправить заявку на наш электронный адрес mail@29ru.net с указанием адреса Вашей ленты новостей в формате RSS или подать заявку на включение Вашего сайта в наш каталог через форму. После модерации заявки в течении 24 часов Ваша лента новостей начнёт транслироваться в разделе Вашего города. Все новости в нашей ленте новостей отсортированы поминутно по времени публикации, которое указано напротив каждой новости справа также как и прямая ссылка на источник информации. Если у Вас есть интересные фото Вашего города или других населённых пунктов Вашего региона мы также готовы опубликовать их в разделе Вашего города в нашем каталоге региональных сайтов, который на сегодняшний день является самым большим региональным ресурсом, охватывающим все города не только России и Украины, но ещё и Белоруссии и Абхазии. Прислать фото можно здесь. Оперативно разместить свою новость в Вашем городе можно самостоятельно через форму.

Другие популярные новости дня сегодня


Новости 24/7 Все города России





Топ 10 новостей последнего часа




Новости России

Пассажирская «Газель» столкнулась с Mercedes под Волгоградом, пострадали 13 человек

Брянские динамовцы дома со счетом 2:1 выиграли у «Химика» из Дзержинска

«Алга, Большунов! Татарстан с тобой»: Зеленодольск становится лыжной столицей России

С начала 2024 года более 2,5 тысячи многодетных мам в Московском регионе досрочно вышли на пенсию


Москва

Станислав Кондрашов, охотник за привидениями, о призраках на живописных дорогах мира






Rss.plus

С начала 2024 года более 2,5 тысячи многодетных мам в Московском регионе досрочно вышли на пенсию

Выставка «Павка Корчагин — герой Поднебесной»

Мытищинский отдел вневедомственной охраны

Уфа готовится принять гостей форума «Россия – спортивная держава»

Moscow.media
Москва

Собянин поздравил народного артиста Михайлова с днем рождения



103news.comмеждународная интерактивная информационная сеть (ежеминутные новости с ежедневным интелектуальным архивом). Только у нас — все главные новости дня без политической цензуры. "103 Новости" — абсолютно все точки зрения, трезвая аналитика, цивилизованные споры и обсуждения без взаимных обвинений и оскорблений. Помните, что не у всех точка зрения совпадает с Вашей. Уважайте мнение других, даже если Вы отстаиваете свой взгляд и свою позицию. 103news.com — облегчённая версия старейшего обозревателя новостей 123ru.net.

Мы не навязываем Вам своё видение, мы даём Вам объективный срез событий дня без цензуры и без купюр. Новости, какие они есть — онлайн (с поминутным архивом по всем городам и регионам России, Украины, Белоруссии и Абхазии).

103news.com — живые новости в прямом эфире!

В любую минуту Вы можете добавить свою новость мгновенно — здесь.

Музыкальные новости

Сергей Брановицкий

Площадки дистрибьюции музыки. Сайт дистрибьюции музыки. Яндекс музыка дистрибьюция. Дистрибьюция вк музыка.




Спорт в России и мире

Алексей Смирнов – актер, которого, надеюсь, еще не забыли

Автобус с игроками «Ростова» попал в ДТП после матча со «Спартаком»

Начался матч тульского "Арсенала" с "Родиной"

Какие профессии запрещены для мигрантов в разных регионах РФ


WTA

Соболенко проиграла в ¼ финала турнира WTA-1000 в Пекине



Новости Крыма на Sevpoisk.ru


Москва

Сергей Собянин. Главное за день



Частные объявления в Вашем городе, в Вашем регионе и в России