Los defectos inducidos por el níquel limitan la absorción de protones en los electrolitos de zirconato de bario

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• La electroquímica
• Química del estado sólido

Sus antecedentes:

• El níquel es crucial para los electrodos de hidrógeno en las células electroquímicas cerámicas conductoras de protones.
• La incorporación de níquel en electrolitos como BaZr$_{0.8}$Yb$_{0.2}$O$_{3-δ}$ tiene un impacto negativo en la hidratación y conductividad de protones.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar los mecanismos por los que el níquel impide la hidratación y la conductividad de protones en electrolitos cerámicos.
• Identificar estrategias para mitigar los efectos adversos del níquel mediante la ingeniería de defectos puntuales.

Principales métodos:

• Microscopía electrónica de transmisión de barrido de resolución atómica
• Simulaciones de la teoría funcional de la densidad
• Espectroscopia de dispersión y absorción total de rayos X
• Análisis termogravimétrico

Principales resultados:

• El níquel forma grupos de defectos puntuales con aceptores Yb, atrapando las vacantes de oxígeno e inhibiendo la hidratación.
• El exceso de cationes del sitio B de la adición de óxido de níquel crea límites de antifase (APB) que agotan los aceptores en masa.
• La supresión de la hidratación observada se alinea cuantitativamente con los modelos de reacción de defecto.

Conclusiones:

• Los efectos perjudiciales del níquel se atribuyen a dos nuevos mecanismos que involucran grupos de defectos y APB.
• La comprensión de estos mecanismos permite la ingeniería de defectos puntuales para mejorar el rendimiento del electrolito.
• Este trabajo abre nuevas vías para diseñar electrolitos cerámicos conductores de protones avanzados.