Hollandske forskere identificerer et stort potentiale for nanokrystaller i brændselsceller

(PhysOrg.com) - Tilsætning af ekstremt små krystaller til fast elektrolytmateriale har potentiale til betydeligt at øge brændselscellernes effektivitet. Forskere ved TU Delft var de første til at dokumentere dette præcist. Deres anden artikel om emnet på meget kort tid blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift, Avancerede funktionelle materialer .

Forskerne ved Det Tekniske Fakultet ved TU Delft koncentrerede deres indsats om at forbedre elektrolytmaterialer. Dette er materialet mellem to elektroder, for eksempel i en brændselscelle eller et batteri. Jo bedre egenskaberne ved elektrolytten er, des bedre, mere kompakt eller mere effektivt fungerer brændselscellen eller batteriet.

Elektrolytten er normalt en væske, men dette har en række ulemper. Væsken skal være meget godt lukket, for eksempel, og det fylder relativt meget. "Det ville derfor være at foretrække at få en elektrolyt fremstillet af fast stof, "siger ph.d. -studerende Lucas Haverkate." Desværre dog der også har ulemper. Ledningsevnen i fast stof er ikke så god som i en væske. "

"I en fast sag har du et netværk af ioner, hvor stort set alle positioner i netværket indtages. Dette gør det svært for de ladede partikler (protoner) at bevæge sig fra en elektrode til en anden. Det er lidt som et trafikprop på en motorvej. Det du skal gøre er at oprette ledige rum i netværket. "

En af måderne at opnå dette på, og derfor øget ledningsevne i faste elektrolytter, er at tilføje nanokrystaller (på syv nanometer til omkring halvtreds nanometer), af titandioxid. "Et kendetegn ved disse TiO ₂ krystaller er, at de tiltrækker protoner, og dette skaber mere plads i netværket. "Nanokrystaller blandes i elektrolytten med en fast syre (CsHSO ₄ ). Sidstnævnte materiale 'leverer' protonerne til krystallerne. "Tilsætningen af ​​krystallerne ser ud til at forårsage et enormt spring i den ledende kapacitet, op til en faktor 100, "afslutter Haverkate.

Denne bemærkelsesværdige præstation fra TU Delft har allerede ført til to publikationer i det videnskabelige tidsskrift Advanced Functional Materials. I december sidste år, Haverkate offentliggjorde en artikel om teorien bag resultaterne. Hans medstuderende, Wing Kee Chan, er hovedforfatter til et andet emne, der optrådte i samme publikation i denne uge. Chan fokuserede på den eksperimentelle side af forskningen. "Det fine ved disse to publikationer er, at de eksperimentelle resultater og det teoretiske grundlag stærkt supplerer hinanden, ”siger Haverkate.

Chan udførte målinger på elektrolytmaterialet ved hjælp af neutrondiffraktionsmetoden. Dette indebærer at sende neutroner gennem materialet. Den måde, hvorpå neutronerne spredes, gør det muligt at udlede visse egenskaber ved materialet, såsom densiteten af ​​protoner i krystallerne. Haverkate:"Det er første gang, at der er foretaget målinger af elektrolytter i fast materiale på denne måde, og i så lille skala. Det faktum, at vi havde atomforskningsteknologier på Reactor Institute Delft til vores rådighed, var enormt værdifuldt. "

Imidlertid, kombinationen af ​​TiO ₂ og CsHSO ₄ markerer ikke afslutningen på søgningen efter en passende elektrolyt i fast materiale. Andre materialekombinationer vil blive testet, der kan opnå bedre score inden for stabilitet, for eksempel. Professor Fokko Mulder, hvem er Haverkates og Chans ph.d. -vejleder, siger. "På dette tidspunkt, vi er mere bekymrede for at opnå en grundlæggende forståelse og en nyttig model, end det konkrete spørgsmål om at finde ud af, hvad det mest egnede materiale er. Det er vigtigt, at vi identificerer effekten af ​​nanokrystaller, og give det et teoretisk grundlag. Jeg tror, ​​at der er et stort potentiale for disse elektrolytter. De har også den ekstra fordel, at de fortsat fungerer godt over en lang række temperaturer, hvilket er særlig relevant for anvendelse af dem i brændselsceller. "