Materiały przewodzące protony
Wśród materiałów przewodzących protony, mogących znaleźć zastosowanie w SOFC, dużym zainteresowaniem cieszą się związki na bazie cyrkonianu baru. Charakteryzują się one doskonałą stabilnością chemiczną oraz wysoką przewodnością, szczególnie w średnich temperaturach, umożliwiając zmniejszenie kosztów działania SOFC. Wciąż nie udało się jednak odpowiedzieć na szereg podstawowych pytań dotyczących makroskopowych mechanizmów transportu protonów w tych materiałach. Wpływ atomów, miejscowego składu chemicznego i struktury domieszek półprzewodników utrudnia opis przewodności protonów, która pozostaje nieznana nawet w przypadku najprostszych układów. Z tych względów uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu PROTONICS (Mechanistic aspects of protons in hard materials for clean energy applications) postanowili dokładniej zbadać zachowanie protonów w najbardziej obiecujących materiałach przewodzących protony, opartych na cyrkonianie baru. W tym celu wykorzystano szereg różnych technik eksperymentalnych, takich jak rozpraszanie neutronów, spektroskopia optyczna i spektroskopia luminescencyjna. Przeprowadzono szereg badań, w tym pomiary widm luminescencyjnych i krzywych rozpadu uwodnionych próbek domieszkowanego itrem cyrkonianu baru, które dostarczyły informacji na temat lokalnej struktury materiałów. W ramach uzupełnienia zbadano też dynamikę protonów przy użyciu technik rozpraszania neutronów. Dzięki połączeniu wyników różnych badań uzyskano bardziej szczegółowy obraz mechanizmu przewodzenia protonów. Taka wiedza jest konieczna w tworzeniu najnowocześniejszych tlenków o silniejszym niż dotąd przewodzeniu protonów. Będzie to również bardzo ważne dla przyszłych odkryć w dziedzinie przyjaznych dla środowiska SOFC nowej generacji, bazujących na tlenkach przewodzących protony. Najnowsze, ważne wyniki naukowe to wyjaśnienie krótkozakresowej struktury i mechanizmu odwodnienia przewodzącego protony tlenku Ba2In2O5. Osiągnięto to wykorzystując rozpraszanie neutronów i mikroskopię wibracyjną, a wyniki zamieszczono w dwóch publikacjach. Udało się też obserwować ruchy rotacyjne piramidalnych jonów SiH3- w dwu silanowych związkach, KSiH3 oraz RbSiH3, przy użyciu kwazi-elastycznego rozpraszania neutronów.
Słowa kluczowe
Materiały przewodzące protony, ogniwa paliwowe z tlenkiem stałym, SOFC, cyrkonian baru, PROTONICS, rozpraszanie neutronów
