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도쿄(東京)공업대학 물리원 화학계 연구그룹, 에너지가속기연구기구(KEK) 물질구조과학연구소 J-PARC센터, 영국의 임페리얼칼리지런던(Imperial College London) 등의 국제 공동 연구그룹이 기존의 재료를 능가하는 세계 최고의 산화물 이온 전도도(산소 이온 전도도)를 나타내는 새로운 산화물 이온 전도체(산소 이온 전도체 또는 O2- 전도체)‘Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05’을 발견함.

본 이온 전도체는 높은 온도와 넓은 산소 분압 범위에 걸쳐 매우 안정인 것으로 나타남. 기존의 고산화물 이온 전도체의 대부분은 희토류, 비스무트, 납 또는 티타늄을 함유하는 산화물로, 환원 분위기에서의 안정성, 독성, 사용 가능한 자원의 양 등에 문제가 있었음.

발견된‘Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05’는 이들 원소를 함유하지 않으며, 안정성, 안전성, 자원 확보 측면에서 우수한 것으로 나타남. 연구진은 산화물 이온 전도도가 높아지는 고온에서의 결정 구조와 산화물 이온의 확산 경로를 실험을 통해 규명했으며, 그 결과, 육방 페로브스카이트 관련 산화물 결정 구조의 본질적인 산소 결손 층의 원자 틈새에 존재하는 산소(격자 간 산소)와 이온 이동경로 형성이 높은 이온 전도도의 원인이라는 것을 확인함. ‘Ba7Nb3.9Mo1.1O20.05’의 결정 구조 분석에는 J-PARC센터의 초고분해능 중성자 분말 회절 장치‘SuperHRPD’을 사용함.

본 연구 성과는 Nature Communications(High Oxide-Ion Conductivity through the Interstitial Oxygen Site in Ba7Nb4MoO20 Based Hexagonal Perovskite Related Oxides)에 게재됨.