Site Sponsors
  • Park Systems - Manufacturer of a complete range of AFM solutions
  • Oxford Instruments Nanoanalysis - X-Max Large Area Analytical EDS SDD
  • Strem Chemicals - Nanomaterials for R&D
Posted in | Nanomaterials | Nanoenergy

Høj renhed tynde film af Materiale kan øge Fuel Cell Effektivitet

Published on June 25, 2010 at 2:34 AM

En overraskende MIT laboratoriefund om opførsel af en tynd plade materiale, - mindre end en tusindedel af tykkelsen af ​​et menneskehår - kunne føre til bedre måder at studere adfærd af elektroder og måske i sidste ende til forbedringer i antallet af el-produktion fra en type brændselscelle, ifølge en rapport offentliggjort i denne uge.

I mange tilfælde, tynde lag af et materiale. - Som kan være lige et par molekyler i tykkelse - udviser egenskaber adskiller sig fra solide blokke af samme materiale Men selvom det er et kendt fænomen, arten af ​​forskellen MIT holdet fundet i opførsel af tynde film af et mineral kaldet perovskit - i dette tilfælde, som et tyndt lag på overfladen af ​​en krystal af zirconia deponerede - "blev meget uventet, "siger Yang Shao-Horn, lektor i maskinindustrien og materialevidenskab og-teknik på MIT, der ledede forskningen. Arbejdet blev udført i samarbejde med Hans Christen og Michael Biegalski på Oak Ridge National Laboratory.

Et materiale kaldet strontium-substituerede lanthan kobolt perovskit eller LSC, hvis krystalstruktur er vist her.

I brændselsceller, reagerer et brændstof som brint eller metanol i tilstedeværelse af en katalysator, frigive sin energi kemisk snarere end at blive brændt. Som et resultat, kan de producere elektricitet fra brændstof, uden at slippe drivhusgasser eller andre forurenende stoffer, og derfor betragtes som et lovende alternativ tilgang til fremstilling af elektricitet. Og i modsætning til batterier, som skal genoplades i en tidskrævende proces, kan en brændselscelle blive tanket hurtigt.

Den væsentligste barriere for at opnå større effektivitet i brændselsceller, som betragtes som et lovende måde at levere elektricitet til fremtidige transport eller stationære kraftsystemer, er den langsomme ilt produktion fra katoden, en af ​​de to elektriske terminaler i enheden. Under de nuværende brændselsceller, er antallet af ilt-produktionen den begrænsende faktor i effekt af enheden. Mange hold er at forfølge muligheder for at forbedre effektiviteten og reducere omkostningerne ved de to store typer af brændselsceller: fast-oxid brændselsceller (SOFC) og proton-Exchange Membrane brændselsceller (PEMFCs). Dette arbejde adresser potentielle forbedringer i katoden i SOFC, som kunne finde anvendelse i store systemer såsom elektriske kraftværker. Den nye forskning tyder på, at denne aktivitet kan øges med op til en hundredfold ved hjælp af tynde film af visse perovskit forbindelser.

Tidligere forskning havde fundet det modsatte, at tynde film af nogle perovskit materialer blev hundrede gange mindre reaktive end bulkgods, Shao-Horn siger. De nye resultater er publiceret online i det tyske tidsskrift Angewandte Chemie, de ledende forfattere er tidligere elev Gerardo la O 'og postdoc-forsker Sung-Jin Ahn. Arbejdet blev støttet af NSF, US Department of Energy, Oak Ridge National Laboratory og kong Abdullah University of Science and Technology.

Ved at skabe den form for høj renhed tynde film af materiale, der anvendes i denne undersøgelse - i dette tilfælde, så tynd som 20 nanometer, eller milliardtedel af en meter - det er muligt at studere detaljerne i, hvordan overfladen af ​​materialet reagerer i meget mere detaljeret end det har været muligt i forskning med bulk materialer. Denne forskning viser, at unikke tynd-film-egenskaber, kan øge katalytisk aktivitet.

"Til vores viden, det er første gang disse tynde film er blevet vist at udvise" den øgede aktivitet, Shao-Horn siger. Holdet er fortsat forskning for at kontrollere deres hypotese om årsagerne til den øgede aktivitet, og at undersøge en familie af materialer, der kan udvise lignende egenskaber. "Vi arbejder på afgørende hvorfor" aktivitetsniveauet er så højt, Shao-Horn, siger, tyder på, at den øgede reaktivitet af materialet kan skyldes en strækning af overfladen. Dette kan ændre indholdet af ilt ledige stillinger eller den elektroniske struktur af det materiale, muligheder, der er ved at blive undersøgt i Shao-Horn gruppe.

Mens mange brændselsceller anvendes elektroder fremstillet af ædle metaller såsom platin, er de elektroder i dette eksperiment lavet af forholdsvis rigelige materialer som kobolt, lanthan og strontium, Shao-Horn siger, så de bør være relativt billig at producere. Desuden arbejder dette materiale ved meget lavere temperaturer end de eksisterende SOFC elektroder, som kunne være en fordel, fordi "ved lavere temperaturer, kan materialet nedbrydning være meget reduceret," siger hun. Ud fra følgende betragtninger aktuelle celler arbejder ved temperaturer på 800 grader Celsius eller højere, kan den nye tilgang føre til materialer, der kunne arbejde ved 500 grader celsius, som det var tilfældet i disse test.

Dette arbejde er blot det første skridt, dog. Shao-Horn understreger, at dette er begyndelsen på en ny grundlæggende forskningsområde, og kan føre til udforskning af en hel familie af mulige forbindelser i søgen efter en med en optimal kombination af høj katalytisk aktivitet og høj stabilitet. Denne meget reaktive materiale kunne finde et hjem på andre steder end brændselsceller: for eksempel ved høj temperatur sensorer og i membraner bruges til at adskille ilt fra kvælstof og andre gasser, siger hun.

Kilde: http://web.mit.edu/

Last Update: 4. October 2011 11:58

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this news story?

Leave your feedback
Submit