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

Высокочистых тонких пленок из материала может повысить эффективность топливных элементов

Published on June 25, 2010 at 2:34 AM

Удивительно лаборатории Массачусетского технологического института нахождение о поведении тонкий лист материала - менее одной тысячной толщины человеческого волоса, - может привести к улучшению способов изучения поведения электродов и, возможно, в конечном счете, к повышению темпов производства электроэнергии из один тип топливных элементов, согласно отчету, опубликованному на этой неделе.

Во многих случаях тонких слоев материала, - которые могут быть всего несколько молекул в толщину - проявляют свойства отличаются от монолитных блоков из того же материала. Но даже если это известное явление, природу разница команда Массачусетского технологического института обнаружили в поведении тонких пленок минеральных называется перовскита - в этом случае, нанесенного в виде тонкого слоя на поверхности кристаллов диоксида циркония - "был Очень неожиданный ", говорит Ян Шао-Хорн, профессор машиностроения и материаловедения и инженерии в Массачусетском технологическом институте, который возглавлял исследование. Работа проводилась в сотрудничестве с Хансом Кристен и Майкл Biegalski в Oak Ridge National Laboratory.

Материала, называемого стронций-замещенных лантан кобальта перовскита или LSC, кристаллическая структура которых показана здесь.

В топливных элементах, топлива, таких как водород или метанол реагирует в присутствии катализатора, высвобождая свою энергию химически, а не сожгли. В результате, они могут производить электричество из топлива без выделения парниковых газов и других загрязняющих веществ, и поэтому они считаются перспективным альтернативным подходом для выработки электроэнергии. И в отличие от батарей, которые необходимо перезарядить в трудоемкий процесс, топливные элементы можно заправляться быстро.

Основным препятствием для достижения большей эффективности в топливных элементах, которые считаются перспективным путем поставки электроэнергии для будущей транспортировки или стационарные системы власти, медленные темпы производства кислорода от катода, один из двух электрических контактов в устройстве. В настоящее топливных элементов, скорость кислородного производства является ограничивающим фактором в выходную мощность устройства. Многие команды проводят способы повышения эффективности и сокращения расходов на два основных вида топливных элементов: твердых топливных элементов (SOFCs) и протон-обменных мембранных топливных элементов (PEMFCs). Эта работа адресов потенциальных улучшений в катоде в SOFCs, которые могли бы найти применение в крупных систем, таких как электростанции. Новое исследование предполагает, что эта деятельность может быть увеличена до сотни с помощью тонких пленок определенных соединений перовскита.

Предыдущие исследования нашли противоположное, что тонкие пленки некоторых перовскита материалы были в сто раз меньше, чем реактивный сыпучего материала, Шао-Хорн говорит. Новые результаты опубликованы в немецком журнале Angewandte Chemie, ведущих авторов бывший студент Херардо ла O 'и докторантов исследователь Джин Сун-Ан. Работа выполнена при поддержке Национального научного фонда, Министерства энергетики США, Национальной лаборатории Oak Ridge и короля Абдаллы университета науки и технологии.

Создавая вид высокочистого тонких пленок материал, используемый в данном исследовании, - в этом случае, как и тонкие, как 20 нанометров, или миллиардных долей метра - это возможность изучать подробности того, как поверхность материала реагирует гораздо Более подробно, чем это было возможно в исследованиях с сыпучими материалами. Это исследование показывает, что уникальные тонкопленочные характеристики могут увеличить каталитическую активность.

"Насколько нам известно, это первое время эти тонкие пленки были показаны на выставке" повышенная активность, Шао-Хорн говорит. Команда продолжает исследования для проверки их гипотезы о причинах повышенной активности, а также изучить семейства материалов, которые могут проявлять подобные свойства. "Мы работаем над определить, почему" уровень активности настолько высок, Шао-Хорн говорит, что свидетельствует о повышенной реактивности материала могут возникнуть в результате растяжения поверхности. Это может измениться содержание кислорода вакансий или электронной структуры материала, возможности, которые находятся на рассмотрении в группу Шао-Хорн в.

Хотя многие топливные элементы использовать электроды из драгоценных металлов, как платина, электроды в этом эксперименте сделаны из относительно много материалов, таких как кобальт, лантана и стронция, Шао-Хорн говорит, поэтому они должны быть относительно недороги в производстве. Кроме того, этот материал работает на гораздо более низких температурах, чем существующие электродов SOFC, которые могли бы быть преимуществом, потому что "при более низких температурах, деградации материала может быть значительно уменьшена," говорит она. Принимая во внимание текущие клетки работают при температуре 800 градусов Цельсия и выше, новый подход может привести к материалам, которые могут работать при температуре 500 градусов Цельсия, как это имело место в этих тестах.

Эта работа является лишь первым шагом, однако. Шао-Хорн подчеркивает, что это начало нового фундаментального научного направления, и может привести к исследованию целое семейство возможных соединений в поисках один с оптимальным сочетанием высокой каталитической активностью и высокой стабильностью. Это очень реактивный материал может найти дома в местах кроме топливных элементов: например, в высокотемпературных датчиков и в мембранах используются для отделения кислорода от азота и других газов, говорит она.

Источник: http://web.mit.edu/

Last Update: 4. October 2011 12:20

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