新发现 | 不含稀土的世界最高级别氧离子传导体

由AIpatent认证专家库成员（欲知详情可联络support@aipatent.com）等人组成的研究小组，发现了新型氧化物氧离子传导体（氧离子传导体，或称O^2-传导体）Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05（如图1右侧），超越了以往材料，具有世界最高级别的氧化物离子传导率（或称氧离子传导率）。已知该新型离子传导体在高温和较大的氧分压范围内非常稳定。传统的高传导率氧化物离子传导体大多是含有稀土类、铋、铅或钛的氧化物，在还原气氛中的稳定性不佳，含有毒性并且储量有限。

本次发现的Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05不含上述元素，在稳定性、安全性和资源储量等方面非常出色，并且通过实验阐明了在氧化物离子传导率变高的高温下的晶体结构和氧化物离子的扩散路径。结果显示，位于六方钙钛矿型氧化物的晶体结构内的缺氧层的原子间隙中存在的氧（晶格氧）和离子移动路径的形成是造成高离子传导率的原因（如图1的中部和左侧）。

图1. Ba₇Nb_3.9Mo_1.1O_20.05具有高氧化物离子传导率（右图的红圈和红线），固有缺氧层的原子排列（左）和离子移动路径（中）。 O5是存在于原子Ba1和O1之间的氧原子（晶格氧）。

（1）为什么选择六方钙钛矿型氧化物作为氧化物离子传导体？

为实现可持续发展目标SDGs的第七项“让每个人都拥有清洁的能源”，有必要开发出清洁、高效、廉价的燃料电池。氧化物离子传导体可广泛应用于固体氧化物型燃料电池、氧分离膜、催化剂和气体传感器等领域。由于高氧化物离子传导率只发现于特定的晶体结构，如果能发现具有新晶体结构的高氧化物离子传导体，那么利用这种传导体，将有望研制出清洁高效且价格低廉的燃料电池。