Различные предыдущие исследования пытались преодолеть этот недостаток путем улучшения проводимости при высоких температурах с использованием оксидов флюоритового типа, таких как CeO2-δ. Обычно эти оксиды флюорита доступны в пористой форме, и считается, что их механизм проводимости зависит от поверхностной адсорбции молекул воды, которая представляет собой процесс адгезии атомов или молекул к поверхности.
Группа ученых из Токийского научного университета во главе с доктором Тору Хигучи сделала шаг вперед в этом исследовании. В своем новом исследовании, опубликованном в Nanoscale Research Letters, исследователи изучили влияние «легирования», которое представляет собой процесс добавления примесей для изменения их проводимости, на эти оксиды, которые являются очень хорошим кандидатом для ТОТЭ.
Исследователи «легировали» оксид металлом под названием самарий (Sm). Затем они нанесли тонкие пленки этого легированного оксида на подложку из оксида алюминия (Al2O3) в определенном направлении, которое, как известно, увеличивает проводимость. Доктор Хигучи считает это преимуществом, заявляя: «При рассмотрении практических устройств более подходящими являются тонкопленочные формы, чем пористые или нанокристаллические формы."
Затем исследовательская группа охарактеризовала кристаллическое качество и электронную структуру нового фильма. Они также сравнили разницу в проводимости между этой новой пленкой и толстыми керамическими оксидами, обычно используемыми в промышленности. Их результаты показали, что керамический образец демонстрирует плохую кристалличность и плохую протонную проводимость по сравнению с тонкопленочным образцом.
Более того, было обнаружено, что «удельное сопротивление» – или сопротивление электрическому потоку – тонкой пленки уменьшается с увеличением влажности из-за «протонной проводимости» в оксидах флюоритового типа, как объясняется механизмом Гроттуса.
Молекула воды состоит из двух атомов кислорода и одного атома водорода. Между молекулами воды существуют связи, называемые «водородными связями».«Механизм Гроттуса (или механизм« прыжкового поворота ») позволяет молекулам воды расщепляться на ионы, которые увеличивают проводимость, и, следовательно, они переходят от одной водородной связи к другой.
Было обнаружено, что новая пленка демонстрирует поверхностную протонную проводимость в области низких температур ниже 100 ° C.
Эта новая пленка, обладающая высокой проводимостью при комнатной температуре, наверняка найдет применение в будущем. Что касается ТОТЭ, д-р Хигучи заключает: «Наше исследование электролитных мембран представляет радикальные открытия, которые могут помочь снизить рабочую температуру ТОТЭ и могут быть альтернативной системой для создания более практичных устройств с использованием оксидов флюоритного типа в ТОТЭ, а также открытыми. откроет новые возможности для производства ядерной и тепловой энергии в будущем."