Stabiliserende sølvfilm til højeffektive brændselsceller

Solid oxide fuel cells (SOFC'er) tilbyder en stabil og effektiv måde at generere ren elektrokemisk energi, men er upraktiske til brug i bærbare enheder på grund af deres høje driftstemperaturer. En ny design- og produktionsstrategi udviklet af Florencia Edith Wiria fra A*STAR Singapore Institute of Manufacturing Technology og Pei-Chen Su ved Nanyang Technological University kan hjælpe med at få SOFC'er til almindelig brug1.

SOFC'er i mikroskala kunne transformere forbrugerelektronik, leverer mere strøm end eksisterende batterier på en miljøvenlig måde. Sølv er et tiltalende og overkommeligt alternativ til de dyre platinkatoder, der anvendes i nuværende mikro-SOFC-designs. Men sølvelektroder smelter, så de kan ikke bevare den fine porøse struktur, der kræves til en effektiv elektrokemisk reaktion ved 500-1, 000 grader Celsius temperaturområde, hvor disse enheder generelt fungerer. Wiria og Su søgte derfor at udvikle en varmebestandig version af dette system.

"Dette ville muliggøre udvidelsen af ​​SOFC'er fra konventionelle stationære strømkilder til bærbare applikationer, siger Wiria.

Wiria og Su brugte en strategi kaldet 'våd kemisk infiltration', hvori de har belagt tynde film af sølv med et lag samarium-doteret ceriumoxid (SDC). Kritisk, deres tilgang gjorde brug af en 3-D printer, giver udsøgt kontrol over elektrodedesignet. "Vi ønskede at udnytte evnen til at udskrive fint, komplekse strukturer til at realisere strømkilder med forskellige former, " siger Wiria. De resulterende sølvfilm beholdt den ønskede nanoskalastruktur, men blev også beskyttet under et krystallinsk lag af SDC.

Mens konventionelle sølvfilm hurtigt smeltede til et formløst aggregat, da temperaturerne steg forbi 300-400 grader Celsius, de SDC-infiltrerede film forblev stort set uændrede selv ved 500 grader Celsius. Denne forbedrede katodeintegritet blev oversat til robust brændselscelleydelse efter mere end en dags kontinuerlig drift, med ydeevne, der endda overgik platinelektroder. "Vi forbedrede markant den termiske stabilitet af fastoxidbrændselsceller med nanoporøse sølvkatoder fra strømnedbrydning på 73,6 procent til kun 7,9 procent, siger Wiria.

Mikroskopisk analyse bekræftede, at elektrodemikrostrukturen forblev stort set intakt selv efter denne test, og de infiltrerede katoder udviste kun beskeden yderligere degeneration efter 60 timers drift.

Dette arbejde lover i høj grad at udvide anvendeligheden af ​​mikroskala SOFC'er, og Wiria og Su undersøger yderligere ændringer, der kan give endnu større stabilitet og fleksibilitet i deres katodedesign. "Vi forsøger i øjeblikket at bruge en 'kerne-skal'-metode til fuldt ud at indkapsle vores sølvnanopartikler, " forklarer Wiria, "og undersøger andre 3D-udskrivningsmetoder til at producere SDC-infiltrerede SOFC'er."