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一点点压力会大大降低燃料电池的性能
2022年09月11日    阅读量:     新闻来源:中国机器人网 vrovro.com  |  投稿

我们中的许多人都非常熟悉工作关系中的压力如何影响性能,但新的研究表明,发电燃料电池中的材料对压力的敏感程度可能完全不同。

九州大学的研究人员报告说,当沉积在表面上时,原子间距离仅减少2%所引起的应变导致材料传导氢离子的速度大幅降低99.999%,大大降低了固体氧化物燃料电池的性能。

开发减少这种压力的方法将有助于在未来为更多家庭带来用于清洁能源生产的高性能燃料电池。

燃料电池能够从氢和氧中发电,同时只排放水作为“废物”,依靠电解质将氢或氧分子从装置的一侧分解到另一侧而产生的离子输送到另一侧。

尽管术语“电解质”通常会让人联想到液体和运动饮料,但它们也可以是固体。对于燃料电池,研究人员对基于陶瓷和固体氧化物的电解质特别感兴趣鈥攈由氧和其他原子组成的ard材料鈥攖它们传导正氢离子,也被称为质子。

这种质子传导固体氧化物不仅比液体和聚合物膜更耐用,而且可以在300至600℃的中等温度范围内工作掳C、 其低于它们的氧离子传导对应物。

“提高效率的一个关键是让质子尽快通过电解液与氧气反应,”该研究的作者、九州大学跨学科/跨学科能源研究平台(Q-PIT)的研究助理教授Junji Hyodo说。

“从理论上讲,我们拥有性能优异的材料,当用于固体氧化物燃料电池时,这些材料应具有优异的性能,但实际性能往往要低得多。”

现在,研究人员认为他们通过对电解液与反应诱导电极接触处发生的情况的调查,知道了原因。

“单个材料的性能通常在不受周围层影响的条件下测量鈥攚我们称之为大容量。然而,当氧化物层生长在表面上时,其原子通常必须重新调整以适应下表面的特性,从而导致与本体的差异,”Hyodo解释道。

在他们的研究中,研究人员重点研究了一种有前景的氧化物BZY20,它是钇、钡、锆和氧原子的组合。BYZ20形成了一种具有共同结构的晶体,这种晶体适合立方体,并且随着氧化物的生长,在表面上不断重复。

通过观察不同厚度的样品,他们发现这个立方体边缘的原子在氧化物和表面之间的界面比远离表面的层更接近2%。此外,这种压缩应变将质子电导率降低到体积样品中的近1/100000。

“只有2%的变化鈥攆从一米到98厘米鈥攎Q-PIT教授、该研究顾问Yoshihiro Yamazaki说:“这听起来微不足道,但在原子尺度上发生相互作用的设备中,它会产生巨大的影响。”。

随着层数的增加,压缩应变逐渐减小,立方体最终在远离界面处达到其优选尺寸。但是,尽管远离表面的电导率可能很高,但已经造成了损害。

在计算预期性能时,考虑到导电率的降低会导致与实际燃料电池性能一致的值,表明应变可能在降低性能方面发挥作用。

山崎说:“虽然我们有很好的单独材料,但在将它们组合在一个装置中时,保持它们的性能至关重要。在这种情况下,我们现在知道需要减少氧化物与电极接触处的应变的策略。”。

这项研究发表在《物理学杂志:能源》上。

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