向固体电解质材料中添加极小的晶体有可能显着提高燃料电池的效率

2019-04-13 11:19:19
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向固体电解质材料中添加极小的晶体有可能显着提高燃料电池的效率。代尔夫特理工大学的研究人员是第一个准确记录这一问题的人,本周他们在很短的时间内发表了关于这一主题的第二篇文章发表在科学期刊“ 高级功能材料”上。

电解液

代尔夫特理工大学应用科学学院的研究人员正集中精力改进电解质材料。这是两个电极之间的材料,例如在燃料电池或电池中。电解质的特性越好,燃料电池或电池工作越好,越紧凑或越有效。

固体物质

电解质通常是液体,但这具有许多缺点。例如,液体必须非常好地封闭,并且它占据相对大量的空间。“因此,优选使用由固体物质制成的电解质,”博士生说。Lucas Haverkate。“不幸的是,这也有缺点。固体物质的电导率不如液体中的电导率好。”

高速公路上的交通堵塞

“在固体物质中,你有一个离子网络,其中网络中几乎每个位置都被占用。这使得带电粒子(质子)难以从一个电极移动到另一个电极。这有点像交通拥堵高速公路。你需要做的是在网络中创造自由空间。“

纳米晶

实现这一点以及因此增加固体电解质中的导电性的方法之一是在这种情况下添加二氧化钛的纳米晶体(7纳米至约50纳米)。“这些TiO 2晶体的一个特点是它们吸引质子,这在网络中创造了更多的空间。” 纳米晶体在电解质中与固体酸(CsHSO 4)混合。后一种材料将质子“传递”到晶体上。“添加晶体似乎会导致导电能力的巨大飞跃,最高可达100倍,”Haverkate总结道。

中子

Chan使用中子衍射方法对电解质材料进行测量。这涉及通过材料发送中子。中子分散的方式使得可以推断出材料的某些特性,例如晶体中质子的密度。Haverkate:“这是第一次以这种方式对固体材料电解质进行测量,并且规模如此之小。我们在Reactor Institute Delft拥有核研究技术的事实非常有价值。”

温度

但是,TiO 2和CsHSO 4的组合并未标志着寻找合适的固体材料电解质的结束。例如,将测试其他材料组合,其可以在稳定性方面获得更好的分数。Haverkate和Chan的博士生导师Fokko Mulder教授说。“在这个阶段,我们更关心的是获得一个基本的理解和一个​​有用的模型,而不是找出最合适的材料是什么的具体问题。重要的是我们确定纳米晶体的影响,并给它一个理论基础我认为这些电解质具有巨大的潜力。它们还具有在很宽的温度范围内继续良好运行的额外好处,这对于将它们应用于燃料电池特别重要。“

TU Delft的这项成就已经在科学期刊Advanced Functional Materials中发表了两篇出版物。去年12月,Haverkate发表了一篇关于结果背后理论的文章。他的博士生Wing Kee Chan是本周出版于同一出版物的第二个项目的主要作者。Chan专注于研究的实验方面。“这两篇出版物的好处在于,实验结果与理论基础相辅相成,”Haverkate说。

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