Bahnbrechende Entdeckung für stationäre industrielle Brennstoffzellen - schnellere Startups

Bahnbrechende Entdeckung für stationäre industrielle Brennstoffzellen - schnellere Startups

Auf der Suche nach besseren Brennstoffzellen hat ein Forscherteam des National Institute of Standards and Technology (NIST) in Zusammenarbeit mit der Universität Liverpool eine neue Struktur entdeckt, die Sauerstoffionen bei wesentlich niedrigeren Temperaturen als zuvor durch die Zelle bewegt dachte möglich. Diese Entdeckung wurde in diesem Monat angekündigt Naturmaterialien und es könnte eine Lösung für zuverlässigere Brennstoffzellen sein. Dies kann auch zur Senkung der Betriebskosten in stationären Brennstoffzellen mit hoher Leistung führen.

Brennstoffzellen erzeugen Elektrizität durch die elektrochemische Reaktion zwischen Wasserstoff und Sauerstoff. Diese Reaktion erzeugt elektrischen Strom und Wasser. Stationäre Brennstoffzellen arbeiten mit bis zu 70% Wirkungsgrad und liefern bis zu 100 Megawatt Strom, genug, um kleine Städte, Krankenhäuser, militärische Einrichtungen oder Flughäfen zu versorgen, ohne an das Stromnetz angeschlossen zu sein. Sie planten, kleinere Versionen dieser Art von Brennstoffzellen für Hilfstriebwerke in Anwendungen wie Kühlantrieben herzustellen, um den Leerlauf des Motors zu reduzieren.

Sie werden "Festoxidbrennstoffzellen" (SOFCs) genannt, weil die Zelle in ihrem Kern einen Festelektrolyten aufweist. Das Festoxid transportiert Sauerstoffionen, die aus der Umgebungsluft extrahiert werden, so dass sie sich mit den Wasserstoffatomen treffen, aus dem Wasserstoffkraftstofftank. Diese Reaktion findet normalerweise bei ungefähr 850 ° C in herkömmlichen SOFCs statt. Das ist eine hohe Temperatur zu erhalten und es sind lange Startzeiten erforderlich, die von 45 Minuten bis zu acht Stunden reichen.

Die hohen Temperaturen erfordern teure Materialien und hohe Betriebskosten. Daher konzentriert sich die Forschung stationärer Brennstoffzellen auf die Reduzierung der Betriebstemperaturen und Anlaufzeiten. Das Ziel des US-Energieministeriums ist es, eine Start-up-Zeit von zwei Minuten zu erreichen.

Chemiker der Universität von Liverpool stellten ein neues Sauerstoffionen-Elektrolytmaterial aus Lanthan, Strontium, Gallium und Sauerstoff her und schickten es an das NIST-Zentrum für Neutronenforschung (NCNR), um es mit Kollaborateuren des NIST, der University of Maryland und des University College London zu untersuchen . Neutronen bieten eine atomare Sicht auf Materialien, so dass Wissenschaftler "sehen" können, was auf dieser Ebene passiert.

Die neuen Materialien haben Sauerstoffionen, die bei 600 Grad Celsius mobil werden, viel weniger als die bisher untersuchten Materialien. Forscher gehen davon aus, dass dies aufgrund der Lage der Sauerstoffionen im Kristallgerüst des Materials geschieht. Die Neutronen-Sonden erlaubten es ihnen, die grundlegende Kristallstruktur zu bestimmen, die die Lanthan-, Strontium-, Gallium- und Sauerstoffatome enthielt, jedoch war die genaue Beschaffenheit der zusätzlichen Sauerstoffionen unklar.

Die NCNR-Forscher empfahlen, eine Methode aus der Radioastronomie, genannt maximale Entropieanalyse, zu entlehnen. "Wenn Astronomen nicht in der Lage sind, einen bestimmten Teil eines Bildes zu visualisieren, weil sie einen so kleinen Teil der gesammelten Informationen ausmachen, verwenden sie einen Teil der angewandten Mathematik, die Informationstheorie, um ein schärferes Bild zu rekonstruieren", erklärte NCNR-Forscher Mark Green.

"Die Kombination von Neutronenbeugung und maximaler Entropieanalyse erlaubte uns nicht nur die Lokalisierung zusätzlicher Sauerstoffionen außerhalb des Grundgerüsts, sondern auch einen neuen Mechanismus für die Ionenleitung."

"Damit können wir einen grundlegend anderen Ansatz bei der Entwicklung zukünftiger Materialien verfolgen, so dass wir diesen neuen Mechanismus zur Oxidionenleitung nutzen und weniger funktionierende Brennstoffzellen herstellen können", sagt Green. "Diese Art von Arbeit ist uns sehr wichtig. Deshalb entwickeln wir im Rahmen der NCNR-Erweiterung ein neues Materialdiffraktometer, das unsere Fähigkeiten in der Energieforschung erheblich verbessern wird."

(angepasst von NIST Presse Freisetzung )

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