Innovativ tyndere elektrolyt kan forbedre funktionen af ​​fastoxidbrændselsceller

I denne post-industrialiseringsalder, elektricitet er blevet rygraden i vores samfund. Imidlertid, at bruge fossile brændstoffer til at generere det er ikke den bedste mulighed på grund af deres begrænsede tilgængelighed og skadelige natur. I de sidste to årtier, der er gjort en betydelig indsats for at udvikle teknikker til at fremme bæredygtig energi. På denne baggrund, solid oxide fuel cells (SOFC'er) er steget som et rent og yderst effektivt alternativ, der kan generere elektrisk energi. Imidlertid, en stor ulempe ved SOFC'er er deres høje driftstemperaturer, begrænser deres udbredte anvendelse.

Forskellige tidligere undersøgelser har forsøgt at overvinde denne ulempe ved at forbedre ledningsevnen ved høje temperaturer ved hjælp af fluorittypeoxider som CeO _2-5 . Normalt, disse fluoritoxider er tilgængelige i porøs form, og deres konduktivitetsmekanisme menes at være afhængig af overfladeadsorptionen af ​​vandmolekyler, som er processen med adhæsion af atomer eller molekyler til en overflade.

Et team af videnskabsmænd fra Tokyo University of Science, ledet af Dr. Tohru Higuchi, tog denne forskning et skridt fremad. I deres nye undersøgelse offentliggjort i Forskningsbreve i nanoskala , forskerne undersøgte effekten af ​​"doping, "som er processen med at tilføje urenheder for at ændre deres ledningsevne, på disse oxider, som er en meget god kandidat til SOFC'er. Forskere "dopede" oxidet med et metal kaldet Samarium (Sm). Derefter, de afsatte tynde film af dette dopede oxid på et substrat af aluminiumoxid (Al ₂ O ₃ ) i en specifik retning, der vides at forbedre ledningsevnen. Dr. Higuchi betragter dette som en fordel, anfører, "Når man overvejer praktiske anordninger, tynde filmformer er mere egnede end porøse eller nanokrystallinske former."

Derefter, forskerholdet karakteriserede romanfilmens krystallinske kvalitet og elektroniske struktur. De sammenlignede også forskellen i ledningsevne mellem denne nye film og tykke keramiske oxider, der almindeligvis anvendes i industrien. Deres resultater afslørede, at den keramiske prøve udviste dårlig krystallinitet og havde dårlig protonledningsevne sammenlignet med tyndfilmprøven.

Hvad mere er, "resistiviteten" - eller modstanden mod elektrisk strøm - af den tynde film viste sig at falde med stigende fugtighed på grund af "protonledningen" i oxider af fluorittypen, som forklaret af Grotthuss mekanisme. Et vandmolekyle består af to iltatomer og et brintatom. Vandmolekylerne har bindinger imellem sig, kaldet "brintbindinger". Grotthuss-mekanismen (eller "hop-turn"-mekanismen) tillader, at vandmolekylerne opdeles i ioner, der øger ledningsevnen, og derfor flytter de fra en brintbinding til en anden. Den nye film viste sig at udvise protonisk overfladeledning i lavtemperaturområdet under 100°C.

Denne romanfilm, med sin høje ledningsevne ved stuetemperatur, er sikker på at have flere applikationer i fremtiden. Hvad angår SOFC'er, Dr. Higuchi konkluderer, "Vores undersøgelse af elektrolytmembraner præsenterer radikale fund, der kan hjælpe med at sænke driftstemperaturen for SOFC'er, og kan være et alternativt system til fremstilling af mere praktiske enheder, der anvender oxider af fluorittypen i SOFC'er, og åbne nye veje for atomkraft og termisk energiproduktion i fremtiden."