The Journal of legeringen en verbindingen heeft een artikel gepubliceerd dat mede is geschreven door het Institute of Solid State Chemistry and Mechanochemistry (de Ural-afdeling van de Russische Academie van Wetenschappen), het Donostia International Physics Centre, en het HSE Tikhonov Moscow Institute of Electronics and Mathematics over de kenmerken van kubische dubbele perovskietoxiden. Daten, experimentele metingen van de kenmerken van de mineralen kwamen niet overeen met de resultaten van theoretische modellering. Het is de eerste keer dat onderzoekers zich tot taak hebben gesteld deze ongelijkheid te verklaren. De verkregen gegevens zullen onderzoekers in staat stellen om brandstofceltechnologieën bij lage temperatuur te verbeteren - een van de belangrijkste alternatieven voor de huidige bronnen van elektriciteit.

Er is een groeiend draagvlak onder onderzoekers voor het gebruik van brandstofcellen in plaats van meer algemeen bekende galvanische batterijen. Typische batterijen bevatten beperkte hoeveelheden stoffen die worden gebruikt om elektriciteit op te wekken - zodra de brandstof van de batterij opraakt, het stopt met werken. Bij brandstofcellen, waterstofbrandstof vermengt zich met zuurstof om elektriciteit op te wekken, warmte, en water, waarbij de brandstof van buitenaf wordt aangevoerd en zuurstof uit de lucht wordt gehaald. Dit betekent dat dergelijke batterijen kunnen werken zolang ze een stabiele stroomvoorziening hebben. Het enige bijproduct van het proces is water, waardoor de cellen een milieuvriendelijk alternatief zijn voor op mangaan of zink gebaseerde batterijen, die aan het einde van hun leven moeten worden weggegooid.

Vast oxide brandstofcellen (SOFC's) zijn een steeds veelbelovende technologie. De cellen gebruiken een keramisch materiaal (zoals zirkoniumdioxide) als elektrolyt - een medium tussen positief en negatief geladen elektroden. Voordelen van vaste-oxidebrandstofcellen zijn onder meer een hoog rendement, betrouwbaarheid, de mogelijkheid om te worden aangedreven door verschillende soorten brandstof, en relatief lage kosten.

Bovendien, in tegenstelling tot andere soorten brandstofcellen, SOFC's hoeven niet per se plat te zijn met een elektrolyt tussen de elektroden. Ze kunnen verschillende vormen aannemen, zoals buizen waardoor lucht of brandstof door de binnenzijde stroomt, met een ander gas dat langs de buitenzijde stroomt.

Vast oxide brandstofcellen hebben ook een belangrijk nadeel:ze vereisen hoge temperaturen (ongeveer 500-1000°C) om de noodzakelijke chemische reacties te ondersteunen. Dure platinakatalysatoren zijn nodig om SOFC's bij lagere temperaturen te gebruiken, waardoor de kosten van brandstofcellen enorm stijgen.

Om deze reden, veel onderzoekers hebben gezocht naar manieren om de bedrijfstemperaturen van vaste-oxidebrandstofcellen te verlagen zonder de efficiëntie van hun elektriciteitsopwekking in gevaar te brengen. Onderzoeksgebieden in het veld zijn onder meer het zoeken naar zeer actieve katalysatoren voor de vereiste reacties, de ontwikkeling van technieken om SOFC-componenten te synthetiseren, en het creëren van effectieve materialen voor elektroden.

Onderzoekers hebben voorgesteld om perovskiet-achtige mineralen te gebruiken als elektrolyten met de vereiste eigenschappen voor industriële toepassing. Perovskieten zijn een klasse van mineralen die bestaat uit twee negatief geladen ionen en één positief geladen ion aan elkaar gehecht. De auteurs stelden voor om complexe oxiden van molybdaten te gebruiken met de dubbele perovskietstructuur A ₂ MeMoO ₆ , waarbij A staat voor calcium, strontium, of barium, en Me staat voor 3D-metalen of magnesium.

Samenstellingen waarin A =strontium en Me =magnesium of nikkel zijn geïdentificeerd als de meest veelbelovende. Deze oxiden vertonen een goede elektrische geleidbaarheid onder reducerende omstandigheden, evenals een tolerantie voor zwavel- en koolstofoxide-onzuiverheden in brandstofgas.

Ondanks hun aantrekkingskracht vanuit praktisch oogpunt, de eigenschappen van dubbele perovskiet-achtige molybdeenoxiden zoals Sr ₂ Mg _1−x Ni _x Loeien ₆ worden niet volledig begrepen. Experimentele metingen van de eigenschappen van de stoffen verschillen van theoretische voorspellingen die zijn afgeleid van computationele modellering, die zelf sterk afhankelijk zijn van initiële aannames en de gebruikte softwarecode.

De auteurs van het artikel hebben de eerste poging gedaan om computermodellering van het elektronische spectrum van de stof te combineren met experimentele gegevens over hoe Sr. ₂ Mg _1-x Ni _x Loeien ₆ elektrische stroom geleidt. De resultaten ondersteunen het halfgeleidende karakter van Sr ₂ Mg _1-x NixMoO ₆ geleidbaarheid. Net als bij metalen, de beweging van geladen deeltjes in halfgeleiders wekt een elektrische stroom op. Echter, in metalen, de aanwezigheid van vrije elektronen is te wijten aan de structuur van de stof en de elektronenbindingen in atomen, terwijl de aanwezigheid van ladingsdragers in halfgeleiders wordt bepaald door tal van factoren, de belangrijkste daarvan zijn de zuiverheid en temperatuur van de halfgeleider.

De onderzoekers zijn het erover eens dat halfgeleiders effectief kunnen worden gebruikt als elektrolyten in brandstofcellen dankzij hun goede elektrochemische eigenschappen en hoge ionengeleiding. Ze geloven dat verder onderzoek naar dubbele perovskietachtige oxiden nieuwe mogelijkheden zal bieden om dit veelbelovende materiaal in verschillende energietechnologieën te gebruiken.