ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్లలో రూబిడియం తదుపరి కీ ప్లేయర్ కావచ్చు. ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ సైన్స్ టోక్యో పరిశోధకులు అరుదైన రూబిడియం (ఆర్బి) ను కనుగొన్నారు-ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్, Rb₅bimo₄o₁₆, అనూహ్యంగా అధిక వాహకతతో. గణన స్క్రీనింగ్ మరియు ప్రయోగాల ద్వారా గుర్తించబడిన, దాని ఉన్నతమైన పనితీరు తక్కువ క్రియాశీలత శక్తి మరియు పెద్ద ఉచిత వాల్యూమ్ మరియు టెట్రాహెడ్రల్ మోషన్ వంటి నిర్మాణ లక్షణాల నుండి వచ్చింది. వివిధ పరిస్థితులలో దాని స్థిరత్వం ఘన ఆక్సైడ్ ఇంధన కణాలు మరియు స్వచ్ఛమైన శక్తి సాంకేతికతలకు మంచి దిశను అందిస్తుంది.
ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్లు ఆక్సైడ్ అయాన్లను (O²⁻) ఘన ఆక్సైడ్ ఇంధన కణాలలో (SOFC లు) రవాణా చేయడానికి వీలు కల్పిస్తాయి, ఇవి సహజ వాయువు మరియు బయోగ్యాస్ మరియు కొన్ని ద్రవ హైడ్రోకార్బన్‌లతో సహా హైడ్రోజన్‌కు మించిన విభిన్న ఇంధనాలపై నడుస్తాయి. ఈ వశ్యత హైడ్రోజన్ ఆర్థిక వ్యవస్థకు మారినప్పుడు వాటిని ప్రత్యేకంగా విలువైనదిగా చేస్తుంది. SOFC లు శక్తి సుస్థిరత దృక్పథం నుండి రూపాంతర సామర్థ్యాన్ని కలిగి ఉన్నప్పటికీ, వారి ఖర్చు, మన్నిక మరియు ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రత పరిధి ద్వారా వారి విస్తృతమైన స్వీకరణ ఇప్పటికీ సవాలు చేయబడుతుంది. ఈ అడ్డంకులను అధిగమించడానికి మెరుగైన ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్ల అభివృద్ధి అవసరం, మరియు ప్రపంచంలోని పరిశోధకులు వివిధ రసాయన కూర్పులతో కొత్త పదార్థాలను నిరంతరం ప్రయత్నిస్తున్నారు. అధిక-పనితీరు గల ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్లకు రూబిడియం (ఆర్బి) కీలకం కాగలదా?
జపాన్లోని ఇన్స్టిట్యూట్ ఆఫ్ సైన్స్ టోక్యో (సైన్స్ టోక్యో) నుండి ఒక పరిశోధనా బృందం, స్కూల్ ఆఫ్ సైన్స్, కెమిస్ట్రీ విభాగంలో ప్రొఫెసర్ మసాటోమో యాషిమా నేతృత్వంలో ఈ ప్రశ్నకు సమాధానం ఇవ్వడానికి బయలుదేరింది. వారు ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్ టెక్నాలజీలో తదుపరి ప్రధాన పురోగతిలో ఒక క్రమమైన మరియు సమగ్ర విధానం ద్వారా తదుపరి ప్రధాన పురోగతిగా RB యొక్క ఉపయోగించని సామర్థ్యాన్ని అన్వేషించారు. వారి పరిశోధనలు ఆన్‌లైన్‌లో ప్రచురించబడ్డాయి పదార్థాల కెమిస్ట్రీ ఫిబ్రవరి 2, 2025 న.
Rb నుండి+ అతిపెద్ద కాటయాన్స్ (సీసియం అయాన్‌కు రెండవది) ఒకటి, స్ఫటికాకార ఆర్బి-కలిగిన ఆక్సైడ్లు పెద్ద లాటిస్ మరియు ఉచిత వాల్యూమ్‌లను కలిగి ఉంటాయని భావిస్తున్నారు, ఇది ఆక్సైడ్-అయాన్ వాహకత కోసం తక్కువ క్రియాశీలత శక్తికి దారితీస్తుంది. ఈ ఆలోచన ఆధారంగా, పరిశోధకులు మొదట బాండ్-వాలెన్స్-ఆధారిత శక్తి గణనలను ఉపయోగించి 475 RB- కలిగిన ఆక్సైడ్ల గణన స్క్రీనింగ్‌ను ప్రదర్శించారు. సహజంగా సంభవించే ఖనిజ పాల్మిరైట్ మాదిరిగానే క్రిస్టల్ నిర్మాణాన్ని కలిగి ఉన్న పామిరైట్-రకం ఆక్సైడ్ పదార్థాలు ఆక్సైడ్-అయాన్ వలసకు సాపేక్షంగా తక్కువ శక్తి అవరోధాన్ని ప్రదర్శించాయని వారు కనుగొన్నారు.
అనేక బిస్మత్ (BI)-కలిగి ఉన్న పదార్థాలు మరియు మాలిబ్డినం (MO)-కలిగి ఉన్న ఆక్సైడ్లు మునుపటి అధ్యయనాలలో అధిక ఆక్సైడ్-అయాన్ వాహకతను ప్రదర్శించాయని పరిగణనలోకి తీసుకుంటే, బృందం RB ని ఎంచుకుంది5సూప్4ఓ16 మంచి అభ్యర్థిగా. వారి ఎంపికను ధృవీకరించడానికి, వారు పదార్థ సంశ్లేషణ, వాహకత కొలతలు, రసాయన మరియు విద్యుత్ స్థిరత్వ పరీక్షలు మరియు వివరణాత్మక కూర్పు మరియు క్రిస్టల్ నిర్మాణ విశ్లేషణలతో సహా అనేక ప్రయోగాలను నిర్వహించారు. వారు సైద్ధాంతిక లెక్కలు కూడా చేశారు మరియు మొదటి నుండి కొలిచిన లక్షణాల వెనుక ఉన్న అంతర్లీన విధానాలను అన్వేషించడానికి మాలిక్యులర్ డైనమిక్స్ అనుకరణలు.
ఫలితాలు చాలా ఆశాజనకంగా ఉన్నాయి. యాషిమా ఇలా వ్యాఖ్యానించినట్లు, “ఆశ్చర్యకరంగా, ఆర్బి5సూప్4ఓ16 300 ° C వద్ద 0.14 ms/cm యొక్క అధిక ఆక్సైడ్-అయాన్ వాహకతను ప్రదర్శించింది, ఇది 300 ° C వద్ద యట్రియా-స్టెబిలైజ్డ్ జిర్కోనియా కంటే 29 రెట్లు ఎక్కువ మరియు ప్రముఖ ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్లతో పోల్చవచ్చు. ఈ అసాధారణమైన ఆక్సైడ్-అయాన్ వాహకతను వివరించడానికి పరిశోధనా బృందం గుర్తించబడింది. వాహకత ఒంటరి జత ఎలక్ట్రాన్లతో పెద్ద BI కాటయాన్స్ కూడా ఆక్సైడ్-అయాన్ వలస కోసం క్రియాశీలత శక్తిని తగ్గించడంలో ముఖ్యమైన పాత్ర పోషిస్తుంది.
RB యొక్క మరొక గొప్ప అంశం5సూప్4ఓ16 CO తో సహా వివిధ పరిస్థితులలో అధిక ఉష్ణోగ్రతల వద్ద దాని స్థిరత్వం2 ప్రవాహం, తడి గాలి ప్రవాహం, నత్రజని ప్రవాహంలో 5% హైడ్రోజన్ మరియు దాని స్థిరత్వం నీటిలో సుమారు 21 ° C వద్ద. “అధిక వాహకత మరియు అధిక స్థిరత్వం రెండింటినీ కలిగి ఉన్న ఆర్బి-కలిగిన ఆక్సైడ్ల ఆవిష్కరణ ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్ల అభివృద్ధికి కొత్త అవెన్యూని తెరుస్తుంది” అని యాషిమా వ్యాఖ్యానించారు. “ఈ పురోగతి RB కోసం కొత్త అనువర్తనాలు మరియు మార్కెట్లకు దారితీస్తుందని మేము ఆశిస్తున్నాము, అలాగే ఆపరేటింగ్ ఉష్ణోగ్రతను తగ్గించడానికి మరియు ఘన ఆక్సైడ్ ఇంధన కణాల ఖర్చును తగ్గించడానికి దోహదం చేస్తుంది.”
ఈ రంగంలో మరింత పరిశోధన సస్టైనబిలిటీ-ఫోకస్డ్ ఎనర్జీ అప్లికేషన్లలో, అలాగే ఆక్సిజన్ పొరలు, గ్యాస్ సెన్సార్లు మరియు ఉత్ప్రేరకాలు వంటి పరికరాల్లో మెరుగైన ఆక్సైడ్-అయాన్ కండక్టర్లకు మార్గం సుగమం చేస్తుంది.
