I materiali che conducono protoni sono importanti
Tra i materiali candidati in quanto a conduzione di protoni per le SOFC, i composti a base di zirconato di bario hanno attirato un’attenzione significativa. Questo conduttore di protoni a ossidi solidi offre un’eccellente stabilità chimica e alta conducibilità, soprattutto nella regione delle temperature intermedie convenienti dal punto di vista economico. Tuttavia, restano aperte alcune questioni fondamentali che riguardano i meccanismi di trasporto macroscopico dei protoni. L’effetto dovuto ad atomi droganti e chimica e struttura locali complicano la descrizione della conducibilità protonica, la quale non è stata ancora compresa neanche per i sistemi più semplici. Per questo motivo, il progetto PROTONICS (Mechanistic aspects of protons in hard materials for clean energy applications), finanziato dall’UE, si proponeva di approfondire la comprensione del comportamento relativo ai protoni nei conduttori di protoni più promettenti a base di zirconato di bario. I principali strumenti usati per tale obiettivo hanno coinvolto l’uso di una gamma di diverse tecniche sperimentali, come la diffusione di neutroni e la spettroscopia ottica e di luminescenza. Alcuni esempi di indagini specifiche riguardano la misura degli spettri di luminescenza e le curve di attenuazione relative a campioni idratati di zirconato di bario drogato con ittrio, le quali hanno fornito informazioni sull’importante struttura locale dei materiali inclusi. Questo è stato completato dalle indagini sulle dinamiche dei protoni utilizzando tecniche di dispersione dei neutroni. Inoltre, combinando i risultati dei diversi tipi di studio, è stato sviluppato un quadro più dettagliato del meccanismo di conduzione dei protoni. Questa comprensione è cruciale per lo sviluppo di nuovi ossidi che conducono i protoni, con conducibilità oltre lo stato dell’arte. Sarà anche determinante per future scoperte nello sviluppo di SOFC ecocompatibili di prossima generazione basate sugli ossidi che conducono protoni. Un’importante scoperta scientifica recente ha chiarito la struttura a breve raggio e il meccanismo di disidratazione dell’ossido che conduce protoni Ba2In2O5. Ciò è stato ottenuto usando una combinazione di dispersione dei neutroni e spettroscopia vibrazionale, con risultati pubblicati in due documenti. Un altro importante risultato è stata l’osservazione dei movimenti rotazionali degli ioni piramidali SiH3- in due materiali silanide KSiH3 e RbSiH3, utilizzando la dispersione di neutroni quasi elastica.
Parole chiave
Materiali che conducono protoni, cella a combustibile a ossidi solidi, SOFC, zirconato di bario, PROTONICS, dispersione di neutroni
