SusChEM: Ionic Conduction Mechanisms in Low-cost and Rare-earth-free Fast Ion Conductors
SusChEM:低成本、无稀土快离子导体中的离子传导机制
基本信息
- 批准号:1508404
- 负责人:
- 金额:$ 29.76万
- 依托单位:
- 依托单位国家:美国
- 项目类别:Standard Grant
- 财政年份:2015
- 资助国家:美国
- 起止时间:2015-08-01 至 2020-07-31
- 项目状态:已结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
Non-Technical AbstractFast ion conductors are an essential component of electrochemical devices such as fuel cells, solid-state batteries, gas separation membranes, and chemical sensors. An important criterion for ionic conductors to be suitable for such high-performance devices is high ionic conductivity at operating temperatures. In recent years, there has been a growing interest in developing sustainable, cost-effective, and high-conductivity oxide-ion conductors for intermediate-temperature solid-oxide fuel cells, one of the most efficient and cleanest energy conversion and storage technologies. One strategy is to design rare-earth-free fast-ion conductors. With support from the Solid State and Materials Chemistry Program in the Division of Materials Research at NSF, this project focuses on investigating the fundamental mechanisms of ionic conduction and revealing the relationship of chemical structure and conductivity in newly developed fast-ion conductors. The findings from this study provide valuable guidelines for rationally designing fast oxide-ion conductors. The research also develops unique characterization tools and protocols which are to be incorporated into the National High Magnetic Field Laboratory and made available to national and international users. Students assigned to this project, including undergraduates and a female minority graduate student, are provided with unique research training opportunities and guidance to advance their academic careers. The principal investigator's team disseminates the key findings and technological developments to the general public by creating educational videos and performing demonstrations at science events. Technical AbstractA new group of cost-effective and rare-earth-free fast ion conductors has been recently discovered. Some have unparalleled ion conductivity for intermediate-temperature solid-oxide fuel cells. The mechanism for such high ion conductivity is nevertheless unknown. This research uses Na-doped strontium silicates as model systems to understand how ions migrate in this class of fast-ion conductors. The study involves three major tasks including synthesis of strontium silicates with controlled alkaline element doping, advanced characterization with high-temperature high-resolution solid-state O-17, Na-23, and Si-29 NMR probing of structural defects and ion dynamics, and electrochemical measurements and computational efforts complementary to NMR characterizations to establish the important linkage between ion conductivity and structural defects.
非技术抽象的快速离子导体是电化学设备,例如燃料电池,固态电池,气体分离膜和化学传感器的重要组成部分。 离子导体适合这种高性能设备的重要标准是在工作温度下的高离子电导率。 近年来,人们对开发可持续性,成本效益和高导电性的氧化离子导体对中等温度固体氧化物燃料电池的兴趣越来越大,这是最有效,最清洁的能量转换和存储技术之一。 一种策略是设计无稀土的快速离子导体。 在NSF材料研究部的固态和材料化学计划的支持下,该项目着重于研究离子传导的基本机制,并揭示了新开发的快速离子导体中化学结构与电导率的关系。 这项研究的发现为合理设计快速氧化离子导体提供了宝贵的指南。 该研究还开发了独特的特征工具和协议,这些工具和协议将纳入国家高磁场实验室,并提供给国家和国际用户。 分配给该项目的学生,包括本科生和女性少数群体研究生,并提供了独特的研究培训机会和指导,以促进其学术职业。 首席调查员的团队通过在科学活动中创建教育视频并进行演示,向公众传播了关键的发现和技术发展。 技术摘要最近发现了新的成本效益和无稀土快速离子导体。 有些具有无与伦比的离子电导率,用于中等温度的固体氧化物燃料电池。 但是,这种高离子电导率的机制尚不清楚。 这项研究使用NA掺杂的锶硅酸盐作为模型系统,以了解离子在此类别的快速离子导体中的迁移。 这项研究涉及三个主要任务,包括具有控制碱性元素兴奋剂的层硅酸盐的合成,具有高温高分辨率的高分辨率固态O-17,Na-23和SI-29 NMR结构缺陷和离子离子动态的NMR探测,以及在NMMMR互补的范围内,对结构缺陷和离子动态的结构缺陷和计算动力学的依从性进行NMMMR的特征依从性,对NMR的互补范围建立了重要的链接,对NMR的结构进行了依从性,从而建立了重要的链接范围。
项目成果
期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
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