Một chút căng thẳng sẽ làm giảm hiệu suất pin nhiên liệu

Một chút căng thẳng sẽ làm giảm hiệu suất pin nhiên liệu

    Một chút căng thẳng sẽ làm giảm hiệu suất pin nhiên liệu
    bởi Đại học Kyushu

    A little strain goes a long way in reducing fuel cell performance
    Khi bari zirconat pha tạp yttrium (BZY20) được lắng đọng trên điện cực, các nguyên tử gần bề mặt bị nén khỏi vị trí lý tưởng của chúng. Biến dạng nén trong mặt phẳng này làm tăng rào cản đối với sự khuếch tán proton, do đó làm giảm độ dẫn proton và hiệu suất của pin nhiên liệu oxit rắn. Sự giảm độ dẫn proton này khớp với các giá trị được báo cáo của độ dẫn proton trong pin nhiên liệu gốm sứ dẫn proton hiệu suất cao. Các chiến lược để khắc phục sự căng thẳng này sẽ giúp cải thiện hiệu suất trong tương lai. Nhà cung cấp hình ảnh: Phòng thí nghiệm Yamazaki, Đại học Kyushu
    Nhiều người trong chúng ta đã quá quen thuộc với việc căng thẳng trong các mối quan hệ công việc có thể ảnh hưởng đến hiệu suất như thế nào, nhưng nghiên cứu mới cho thấy các vật liệu trong pin nhiên liệu sản xuất điện có thể nhạy cảm với căng thẳng ở một mức độ hoàn toàn khác.

    Các nhà nghiên cứu từ Đại học Kyushu báo cáo rằng sự căng thẳng gây ra bởi chỉ giảm 2% khoảng cách giữa các nguyên tử khi lắng đọng trên bề mặt dẫn đến giảm mạnh 99,999% tốc độ vật liệu dẫn các ion hydro, làm giảm đáng kể hiệu suất của nhiên liệu oxit rắn. tế bào.

    Việc phát triển các phương pháp giảm thiểu sự căng thẳng này sẽ giúp mang pin nhiên liệu hiệu suất cao để sản xuất năng lượng sạch cho nhiều hộ gia đình hơn trong tương lai.

    Có thể tạo ra điện từ hydro và oxy trong khi chỉ thải ra nước dưới dạng "chất thải", pin nhiên liệu dựa vào chất điện phân để vận chuyển các ion được tạo ra bằng cách phá vỡ các phân tử hydro hoặc oxy từ mặt này sang mặt kia của thiết bị.

    Mặc dù thuật ngữ chất điện giải thường gợi lên hình ảnh của chất lỏng và đồ uống thể thao, chúng cũng có thể là chất rắn. Đối với pin nhiên liệu, các nhà nghiên cứu đặc biệt quan tâm đến chất điện phân dựa trên gốm và oxit rắn - vật liệu cứng bao gồm oxy và các nguyên tử khác - dẫn các ion hydro dương, còn được gọi là proton.

    Các oxit rắn dẫn proton như vậy không chỉ bền hơn chất lỏng và màng polyme mà còn có thể hoạt động trong phạm vi nhiệt độ trung bình từ 300 đến 600 ° C, thấp hơn so với các chất dẫn oxy-ion của chúng.

    Junji Hyodo, tác giả của nghiên cứu và trợ lý giáo sư nghiên cứu tại Nền tảng Nghiên cứu Năng lượng Liên ngành / Xuyên ngành của Đại học Kyushu cho biết: “Một chìa khóa để đạt hiệu quả tốt là đưa proton qua chất điện phân phản ứng với oxy. -HỐ).

    "Trên giấy tờ, chúng tôi có những vật liệu có các đặc tính tuyệt vời dẫn đến hiệu suất tuyệt vời khi được sử dụng trong pin nhiên liệu oxit rắn, nhưng hiệu suất thực tế có xu hướng thấp hơn nhiều."

    Giờ đây, các nhà nghiên cứu nghĩ rằng họ biết lý do tại sao thông qua các cuộc điều tra về những gì xảy ra ở nơi chất điện phân gặp điện cực gây phản ứng.

    "Tính chất của từng vật liệu thường được đo trong điều kiện mà chúng không bị ảnh hưởng bởi các lớp xung quanh — cái mà chúng ta gọi là khối lượng lớn. Tuy nhiên, khi một lớp oxit được phát triển trên bề mặt, các nguyên tử của nó thường phải điều chỉnh lại để phù hợp với các đặc tính của Hyodo giải thích bề mặt bên dưới, dẫn đến sự khác biệt so với phần lớn.

    Đối với nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu tập trung vào một loại oxit đầy hứa hẹn được gọi là BZY20, là sự kết hợp của các nguyên tử yttrium, bari, zirconium và oxy. BYZ20 tạo thành một tinh thể có cấu trúc chung phù hợp với một khối lập phương và được lặp đi lặp lại trên bề mặt khi ôxít lớn lên.

    Xem xét các mẫu có độ dày khác nhau, họ nhận thấy rằng các nguyên tử trên các cạnh của khối lập phương này ở gần bề mặt phân cách giữa oxit và bề mặt hơn 2% so với các lớp ở xa bề mặt. Hơn nữa, biến dạng nén này làm giảm độ dẫn proton xuống gần 1 / 100.000 so với độ dẫn của nó trong các mẫu số lượng lớn.

    Yoshihiro Yamazaki, giáo sư tại Q- cho biết: “Một sự thay đổi chỉ 2% —từ một mét đến 98 cm trên quy mô lớn — nghe có vẻ không đáng kể, nhưng trong một thiết bị mà tương tác xảy ra ở quy mô nguyên tử, nó tạo ra một tác động to lớn”. PIT và cố vấn về nghiên cứu.

    Khi các lớp hình thành, biến dạng nén này từ từ giảm xuống, cuối cùng khối lập phương sẽ đạt đến kích thước ưa thích ở xa bề mặt. Nhưng trong khi độ dẫn điện có thể cao so với bề mặt, thì thiệt hại đã được thực hiện.

    Tính toán cho độ dẫn điện giảm này khi tính toán hiệu suất dự kiến ​​dẫn đến các giá trị phù hợp với hiệu suất thực tế của pin nhiên liệu, cho thấy rằng biến dạng có thể đóng một vai trò trong việc giảm hiệu suất.

    Yamazaki nói: “Mặc dù chúng tôi có những vật liệu riêng lẻ tốt, nhưng việc duy trì các đặc tính của chúng khi kết hợp chúng trong một thiết bị là rất quan trọng.

    Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Vật lý: Năng lượng.

    Zalo
    Hotline