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Le Matériau En couche mince Augmente la Production d'Énergie en Cellules à Combustible

Published on June 22, 2010 at 7:57 PM

Un laboratoire étonnant de MIT trouvant au sujet du comportement d'une feuille mince du matériau - moins qu'un millième de l'épaisseur des cheveux - pourrait mener aux voies améliorées d'étudier le comportement des électrodes et peut-être éventuel aux améliorations dans les tarifs de la production d'énergie à partir d'un type de cellule à combustible, selon un état publié cette semaine.

Ce tableau affiche l'installation expérimentale employée par Prof. Yang Shao-Cor et son équipe. Les cercles à l'arrière-plan représentent les électrodes en couche mince minuscules effectuées d'une perovskite strontium-substituée appelée matérielle de cobalt de lanthane, ou le LSC (dont la structure cristalline diagrammed en haut à gauche). Le tableau affiche l'installation de laboratoire employée pour mesurer l'activité catalytique du LSC. La découpe circulaire affiche comment les molécules de l'oxygène (O2) sont permutées sur la surface de LSC. Illustration par le chercheur post-doctoral Eva Mutoro

Dans de nombreux cas, les couches minces d'un matériau - qui peut être juste quelques molécules dans l'épaisseur - présentent des propriétés différentes des cases solides du même matériau. Mais quoique ce soit un phénomène connu, la nature de la différence l'équipe de MIT trouvée dans le comportement des films minces d'une perovskite appelée minérale - dans ce cas, déposés comme une couche mince sur la surface d'un cristal de zircone - « était beaucoup inattendue, » dit le Shao-Cor de Yang, le professeur agrégé de l'industrie mécanique et le scientifique et technique de matériaux au MIT, qui a abouti la recherche. Le travail a été effectué en collaboration avec Hans Christen et Michael Biegalski au Laboratoire National d'Oak Ridge.

En cellules à combustible, une essence telle que l'hydrogène ou le méthylène réagit en présence d'un catalyseur, relâchant son énergie chimiquement plutôt qu'étant brûlé. En conséquence, elle peut produire l'électricité à partir de l'essence sans relâcher des gaz à effet de serre ou d'autres polluants, et ainsi est considérée une approche alternative prometteuse pour produire de l'électricité. Et à la différence des batteries, qui doivent être redébitées dans un procédé long, une cellule à combustible peut être ravitaillée rapidement.

Le barrage principal à réaliser une efficience plus grande en cellules à combustible, qui sont considérées une voie prometteuse d'accepter l'électricité pour le futur transport ou les systèmes d'alimentation stationnaires, est les tarifs lents de la production de l'oxygène à partir de la cathode, un des deux terminaux électriques dans le dispositif. En cellules à combustible actuelles, les tarifs de la production de l'oxygène sont le facteur limitatif dans la puissance de sortie du dispositif. Beaucoup d'équipes poursuivent des voies d'améliorer l'efficience et de réduire les coûts des deux genres principaux de cellules à combustible : cellules à cellules à combustible (SOFCs) de solide-oxyde et à combustible de membrane de proton-échange (PEMFCs). Ce travail adresse des améliorations potentielles dans la cathode dans SOFCs, qui pourrait trouver l'application dans des systèmes de grande puissance tels que les centrales électriques. La recherche neuve suggère que cette activité puisse être augmentée par jusqu'à un cent fois à l'aide des films minces de certains composés de perovskite.

La recherche Précédente avait trouvé l'opposé, ce les films minces de quelques matériaux de perovskite étaient cents fois moins réactifs que le matériau en vrac, Shao-Cor indique. Les résultats neufs sont publiés en ligne dans le tourillon Allemand Angewandte Chemie ; les auteurs importants sont la La O de Gerardo d'ancien élève' et le chercheur post-doctoral Chanter-Jin Ahn. Le travail a été supporté par le NSF, le Département de l'Énergie des États-Unis, le Laboratoire National d'Oak Ridge et l'Université Polytechnique du Roi Abdullah.

En produisant le genre de films minces de grande pureté de matière employés dans cette étude - dans ce cas, aussi légèrement que 20 nanomètres, ou milliardièmes d'un compteur - il est possible d'étudier les détails de la façon dont la surface du matériau réagit dans un petit groupe beaucoup plus grand qu'a été possible dans la recherche avec les matériaux en vrac. Cette recherche prouve que les seules caractéristiques en couche mince peuvent augmenter l'activité catalytique.

« À notre connaissance, c'est la première fois que ces films minces ont été affichés au document » l'activité accrue, Shao-Cor dit. L'équipe continue la recherche pour vérifier leur hypothèse au sujet des raisons de l'activité accrue, et pour explorer une famille des matériaux qui peuvent présenter les propriétés assimilées. « Nous travaillons à déterminer pourquoi » le niveau d'activité est si élevé, le Shao-Cor indique, proposant que la plus grande réactivité du matériau puisse résulter d'un étirement de la surface. Ceci peut changer la teneur des vacances d'emploi de l'oxygène ou la structure électronique du matériau, les possibilités qui sont examinées dans le groupe des Shao-Cors.

Tandis Que beaucoup de cellules à combustible utilisent des électrodes effectuées à partir des métaux précieux tels que le platine, les électrodes dans cette expérience sont effectuées à partir des matériaux relativement abondants tels que le cobalt, lanthane et le strontium, Shao-Cor indique, ainsi elles devraient être relativement peu coûteuses de produire. De plus, ce matériau fonctionne à des températures beaucoup plus basses que les électrodes existantes de SOFC, qui pourraient être un avantage parce que « à de plus basses températures, dégradation matérielle peuvent être beaucoup réduites, » il dit. Considérant Que les cellules actuelles travaillent aux températures de 800 degrés Celsius ou plus élevé, l'élan neuf pourrait mener aux matériaux qui pourraient fonctionner à 500 degrés Celsius, comme c'était le cas dans ces tests.

Ce travail est juste la première étape, cependant. Le Shao-Cor charge que c'est le début d'une zone neuve de recherche fondamentale, et pourrait mener à l'exploration d'une famille entière des composés possibles à la recherche d'un avec une combinaison optimale d'activité catalytique élevée et de forte stabilité. Ce matériau hautement réactif a pu trouver une maison dans les places autres que des cellules à combustible : par exemple, dans des senseurs à hautes températures et dans des membranes utilisées pour séparer l'oxygène de l'azote et d'autres gaz, il dit.

Last Update: 12. January 2012 07:20

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