Halvlederprocesteknologi i atomare skala og ren brintteknologi går sammen

Solid oxide fuel cells (SOFC) bruges i vid udstrækning til energilagring, transport og forskellige anvendelser, ved at anvende faste elektrolytter såsom keramik. Effektiviteten af ​​disse celler afhænger af deres elektroders ydeevne og stabilitet.

For at øge denne effektivitet er der et krav om at fremstille elektroder med en porøs struktur. Desværre står eksisterende teknologier over for udfordringer med at opnå en ensartet belægning af keramiske materialer i elektroder med indviklede porøse strukturer.

Et samarbejdende forskerhold, bestående af professor Jihwan An og ph.d. kandidat Sung Eun Jo fra Department of Mechanical Engineering ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH) og andre, har med succes produceret porøse elektroder til SOFC'er ved hjælp af de nyeste halvlederprocesser. Denne forskning er blevet omtalt som en bagsideartikel i Små metoder .

Processen med atomisk lagaflejring (ALD) involverer aflejring af gasformige materialer på en substratoverflade i tynde, ensartede atomlag. I en nylig undersøgelse udviklede og anvendte professor Jihwan Ans team, kendt for deres tidligere arbejde med at forbedre effektiviteten af ​​SOFC'er ved hjælp af ALD, en pulver ALD-proces og udstyr. Dette gjorde dem i stand til præcist at belægge nanotynde film på fint pulver.

Holdet brugte denne proces til ensartet at belægge et zirconiumoxid (ZrO₂ ) keramisk materiale på en porøs struktureret katode (LSCF). I modsætning til traditionelle ALD-processer for halvledere, der primært adsorberer gasformige reaktanter på overfladen af ​​porøse strukturer og ansigtsbegrænsninger ved gennemtrængende komplekse porer, anvendte teamet en atomlagsproces på pulveriserede elektrodematerialer og deponerede disse materialer med succes inde i strukturen.

I eksperimentelle forsøg demonstrerede holdets elektroder en bemærkelsesværdig 2,2 gange stigning i cellernes maksimale effekttæthed sammenlignet med konventionelle, selv i højtemperaturmiljøer (700-750°C). Desuden opnåede de en 60 % reduktion i aktiveringsresistens, en faktor, der typisk mindsker celleeffektiviteten.

Som svar på dette problem har forskerholdet udviklet en innovativ håndprotese, der er skræddersyet til en patient, der mistede tommelfingeren og pegefingeren i en bilulykke. Denne avancerede protese fungerer ved at fortolke signaler fra hjernen til musklerne gennem sensorer. I modsætning til konventionelle proteser har den et håndledsrotationsmodul, der gør det muligt for patienterne at nyde ubegrænset bevægelse af deres håndled.

Professor Jihwan An, der ledede forskningen, sagde:"Dette betyder et gennembrud i grønne energisystemer gennem anvendelse af avanceret halvlederprocesbaseret teknologi. Pulver ALD-teknologi rummer et enormt potentiale i forskellige applikationer, herunder SOFC'er, brintproduktion og sekundære batterienheder som f.eks. SOEC'er."

Han tilføjede:"Vi vil fortsætte vores forskningsbestræbelser på at forbedre bæredygtige løsninger til grøn energi."

Flere oplysninger: Sung Eun Jo et al., Simultaneous Performance and Stability Enhancement in Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells by Powder-Atomic Layer Deposited LSCF@ZrO2 Cathodes, Small Methods (2023). DOI:10.1002/smtd.202300790

Journaloplysninger: Små metoder

Leveret af Pohang University of Science and Technology