Posted in | Microscopy | Nanoenergy

Nieuw Materiaal Opent Pathway naar meer efficiënte brandstofcellen

Published on August 1, 2008 at 9:39 AM

Een nieuw materiaal dat wordt gekenmerkt op het Department of Energy's Oak Ridge National Laboratory kan het openen van een weg in de richting van meer efficiënte brandstofcellen.

De moleculaire model van de ion-geleidend materiaal toont aan dat tal van vacatures op het grensvlak tussen de twee lagen creëren een open weg, waardoor ionen kunnen reizen.

Het materiaal, een super-rooster ontwikkeld door onderzoekers in Spanje, verbetert de ionische geleidbaarheid bij kamertemperatuur met een factor van bijna 100 miljoen, wat neerkomt op "een kolossale toename in ionische geleiding eigenschappen", zei Maria Varela van ORNL's Materials Science and Technology Division, die gekenmerkt het materiaal structuur met senior-onderzoeker Stephen Pennycook.

De analyse werd gedaan met ORNL's 300 kilovolt Z-contrast scanning transmissie-elektronenmicroscoop, die kan bereiken aberratie gecorrigeerde resoluties in de buurt van 0,6 angstrom, tot voor kort een wereldrecord. De directe beelden tonen de kristalstructuur die goed is voor de geleidbaarheid van het materiaal.

"Het is verbazingwekkend," zei Varela. "We kunnen de gespannen, maar nog steeds besteld, interface structuur, die opent een breed pad voor de ionen uit te voeren."

Solid Oxide Fuel Cell technologie vereist ion-geleidende materialen - vaste elektrolyten - die het mogelijk zuurstof ionen om te reizen van de kathode naar anode. Echter, de bestaande materialen voorzover niet atoom-schaal holtes groot genoeg zijn om gemakkelijk te bieden aan de weg van een uitgevoerde ion, die is veel groter dan bijvoorbeeld een elektron.

"Het nieuwe gelaagde materiaal lost dit probleem op door het combineren van twee materialen met zeer verschillende kristalstructuren. De mismatch leidt tot een verstoring van de atomaire stapeling op hun grensvlak en creëert een pad, waardoor ionen kunnen makkelijk reizen", zei Varela.

Andere brandstofcel materialen dwingen ionen om door te strakke paden reizen met weinig ruimte voor de ionen in te nemen, hun voortgang vertragen. In plaats waardoor de ionen van hole naar hole springen, het nieuwe materiaal heeft "heel veel leegstaande ruimten te worden bezet", zegt Varela, zodat de ionen kunnen veel sneller reizen.

In tegenstelling tot eerdere brandstofcel materialen, die tegen hoge temperaturen te bereiken ionen te voeren, het nieuwe materiaal onderhoudt ionische geleidbaarheid in de buurt van kamertemperatuur. Hoge temperaturen zijn een belangrijke wegversperring voor ontwikkelaars van brandstofceltechnologie.

Het onderzoeksteam met de Spaanse Universidad Complutense de Madrid en Universidad Politecnica de Madrid het geproduceerde materiaal en waargenomen zijn uitstekende geleidbaarheid eigenschappen, maar de structurele kenmerken dat het materiaal in staat te stellen ionen gedrag zo goed was niet bekend tot het materiaal werd onder de ultra-high resolutie microscopen bij ORNL.

Het papier, een samenwerking tussen onderzoekers aan de universiteiten van Madrid en op ORNL, werd vandaag gepubliceerd in Science.

ORNL wordt beheerd door UT-Battelle voor het ministerie van Energie.

Last Update: 6. October 2011 13:36

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