Новости химической науки > Топливные ячейки, работающие при комнатной температуре

Благодаря разработке нового слоистого материала, обладающего отличной способностью к проводимости ионов кислорода твердооксидные топливные ячейки, вырабатывающие электрический ток при температуре около 700°C, смогут работать при комнатной температуре.

Твердооксидные топливные ячейки [solid oxide fuel cell (SOFC)] непосредственно генерируют электрический ток за счет реакции анионов кислорода (получаемых на катоде из газообразного кислорода) с топливом, обогащенным водородом, (на аноде). Эффективность работы SOFC зависит от скорости миграции ионов кислорода от одного электрода к другому через твердый керамический электролит.

3D-модель границы YSZ/STO, демонстрирует кислородные вакансии (затененные красные сферы), приводящие к увеличенной проводимости нового твердотельного электролита. (Рисунок из Science, 2008, 321, 676)

На роль твердотельного керамического электролита давно был выбран стабилизированный иттрием оксид циркония [yttria-stabilized zirconia (YSZ)]. Этот материал является механически стабильным и не реагирует с электродами ячеек SOFC. Однако для эффективной работы ячеек необходима очень высокая температура (около 700°C) – что увеличивает стоимость производимого этими ячейками электичества.

Как поясняет Якобо Сантамария (Jacobo Santamaría) из Университета Мадрида, уменьшение толщины электролита до нескольких нанометров и использование в качестве электролитов новых материалов, таких как галлаты церия или лантана с добавками гадолиния позволили увеличить проводимость, понизив при этом рабочую температуру ячейки до 500°C.

В группе Сантармария недавно получены электролиты с отличной проводимостью ионов кислорода при 84°C, проектируется электролит, способный работать при комнатной температуре. По его словам в новом материале проводимость ионов кислорода увеличена на 11 порядков.

Для достижения такого результата исследователи вырастили однонанометровый слой проводимого YSZ между десятинанометровыми слоями изолирующего титаната стронция [strontium titanate (STO)]. Кристаллическая структура STO не соответствует структуре YSZ, что приводит к разупорядочиванию ионов на границах раздела между YSZ и STO. Это приводит к появлению на границе раздела кислородных вакансий, приводя к увеличению проводимости ионов кислорода.

Источник: Science, 2008, 321, 676

метки статьи: #кинетика и катализ, #неорганическая химия, #новые материалы, #химическая технология, #химия поверхности