Dýchajte zhlboka na palivové články

Prečo „zelené“ elektrárne vzduch zostáva vypnutý

V niektorých bodoch na povrchu katódy môže kyslík prenikať oveľa ľahšie ako v iných. © TU Viedeň
čítať nahlas

Palivové články sú nositeľmi nádeje, pokiaľ ide o „zelenú“ výrobu energie - ale ich používanie má problémy. Pretože v priebehu svojej prevádzkovej doby bunky strácajú čoraz viac energie. Vedci teraz skúmali, o čo ide a ako to vyriešiť. V súlade s tým zohráva úlohu najmä znížená absorpcia kyslíka v katódovom materiáli. Zdá sa, že za to sú zodpovedné najmä atómy stroncia často obsiahnuté v materiáli.

Z dlhodobého hľadiska by palivové články mali prispievať k pokrytiu našich dodávok energie obnoviteľnými zdrojmi. Prototypy už poháňajú malé lietadlá a vykurujú súkromné ​​domácnosti. V palivových článkoch je kyslík absorbovaný na kladnom póle, na katóde a transportovaný materiálom k opačnému pólu. Tam reaguje s palivom, zvyčajne vodíkom, za vzniku vody. Pri tejto chemickej reakcii sa uvoľňuje elektrická energia: elektrina, ktorá môže ovládať lampu alebo dokonca lietadlo.

Úzke miesto: Kyslík

Je tu však problém: pri dlhodobej prevádzke výkon palivového článku postupne klesá. „Problémom tohto celkového procesu je ukladanie kyslíka na katóde, “ vysvetľuje Ghislain Rupp z Viedenskej technickej univerzity. Aby sa kyslík absorboval dostatočne rýchlo, sú zvyčajne potrebné vysoké prevádzkové teploty 700 až 1000 stupňov Celzia. Vedci preto už nejaký čas hľadajú lepšie katódové materiály, ktoré umožňujú nižšiu prevádzkovú teplotu.

Jedným zo sľubných kandidátov je kobalt Lanthanum dopovaný stronciom alebo skrátene LSC. Ale aj pri tomto materiáli je problém: nie je dlhodobo stabilný, takže sa nakoniec zníži aj výkon palivového článku v tomto materiáli. Rupp a jeho kolegovia sa teraz dostali ku hlavnej príčine tejto výkonnej brzdy.

Impulzné lasery vytvárajú perfektný povrch. TU Viedeň

Pri laserovom bombardovaní

Vedci navrhli, že povrch katódy hrá dôležitú úlohu pri inhibícii absorpcie kyslíka. Preto vyvinuli techniku ​​cielenej manipulácie s povrchom, priamo merajúc vplyv na elektrické vlastnosti. zobraziť

„Laserovým pulzom odparujeme rôzne materiály, ktoré sa potom hromadia v malom množstve na povrchu, “ vysvetľuje Rupp. „Týmto spôsobom môžeme jemne modulovať zloženie povrchu katódy a zároveň sledovať, ako sa mení odpor systému.“

Blokáda stroncia

Vďaka svojej novej metóde vedci zistili, že najmä obsiahnuté stroncium v ​​materiáli katódy môže spôsobiť problémy. „Tam, kde sedí atómy kobaltu, je vpravenie kyslíka dobre fungujúce, v ktorom dominuje stroncium, takmer žiadny kyslík sa nedostane do katódy, “ uvádza Rupp.

Počas prevádzky sa však atómy stroncia z vnútra katódy hromadia stále viac a viac na povrchu a blokujú príjem kyslíka v aktívnych kobaltových centrách. Podľa vedcov to vysvetľuje stratu energie palivového článku LSC. Nechávate tak vo vzduchu.

„O krok bližšie“

„Vďaka našim výsledkom sme technologické využitie materiálu LSC pre palivové články považovali za dôležitý krok bližšie, “ verí Rupp. Osvedčená technológia sa však neobmedzuje iba na výskum palivových článkov: „Naša nová metóda skúmania, ktorá kombinuje vysoko presný náter s elektrickým meraním, bude určite hrať dôležitú úlohu aj v iných oblastiach elektrochémie, “ hovorí Rupp. (Nature Materials, 2017; doi: 10, 1038 / nmat4879)

(Technische UniversitĆ t Wien, 30.03.2017 - CLU)