Твердые окисные топливные элементы, которые полагаются на недорогие керамические материалы, среди самого эффективного и многообещающего типа топливного элемента. Теперь, исследователи из Школы Джона А. Полсона Гарварда Технических и прикладных наук нашли способ использовать квантовое поведение этих топливных элементов, чтобы сделать их еще более эффективными и прочными. При этом они наблюдали новый тип перехода фазы в окисном материале.
Исследование описано в журнале Nature.Топливные элементы работают как батареи – создание электрического тока, вынуждая электроны течь между двумя электродами, анодом и катодом, отделенным электролитом.
В отличие от батарей, не должны быть перезаряжены топливные элементы. Все, чего они требуют, является топливом, главным образом в форме водорода.Когда водород подан в анод, он разделяется на протон и электрон. Электролит действует как вышибала в исключительном клубе – блокирование формы электронов, входящей и позволяющей протоны через.
Электроны вынуждены обойти длинный путь через внешнюю схему, которая создает поток электричества.С другой стороны клетки, воздух подан в катод. Когда протоны проходят через электролит, и электроны проходят через схему, они объединяются с кислородом, чтобы произвести воду и тепло, единственная эмиссия, произведенная топливными элементами.
Но у сегодняшних твердых окисных топливных элементов есть основная проблема. Со временем топливо реагирует с электролитом, чтобы ухудшить его эффективность. Скоро, этот химический вышибала пропускает и протоны и электроны, заставляя электрический ток, проходящий внешнюю схему становиться более слабым и более слабым.Решение этой проблемы, возможно, было найдено Шрирамом Раманатаном, Посетив Ученого в Материаловедении и Машиностроении в МОРЯХ и его аспиранте Ю Чжоу.
Пара обнаружила, что, проектируя электролит на квантовом уровне, они могли создать материал, который становится более прочным, когда выставлено, чтобы питать.«Мы объединили области квантового вопроса и электронной химии способом, которая привела к открытию нового, высокоэффективного материала, который может поэтапно осуществить переход от металла до проводника иона», сказал Раманатан, который в настоящее время является преподавателем разработки в Университете Пердью.Раманатан и его команда использовали структурированный перовскитом nickelate в качестве их электролита.
Самостоятельно, nickelate проводит и электроны и ионы, как протоны, делая его довольно паршивым электролитом. Но команда покрыла поверхность nickelate с катализатором и затем ввела или «лакировала» его с электронами. Эти электроны присоединились к электронной раковине иона никеля и перешли материал от электронного проводника проводнику иона.
«Теперь, ионы могут переместиться очень быстро в этот материал, в то время как в то же время электронный поток подавлен», сказал Чжоу. «Это – новые явления, и у этого есть потенциал, чтобы существенно увеличить исполнение топливных элементов».«Элегантность этого процесса состоит в том, что это происходит естественно, когда выставлено электронам в топливе», сказал Раманэнтэн. «Эта техника может быть применена к другим электрохимическим устройствам, чтобы сделать его более прочным.
Это похоже на шахматы – прежде чем мы могли только играть с пешками и епископами, инструменты, которые могли переместиться в ограниченных направлениях. Теперь, мы играем с королевой».