Solid oxide fuel cells (SOFC) används i stor utsträckning för energilagring, transport och olika tillämpningar, med fasta elektrolyter som keramik. Effektiviteten hos dessa celler beror på prestanda och stabilitet hos deras elektroder.
För att förbättra denna effektivitet finns det ett krav att tillverka elektroder med en porös struktur. Tyvärr står befintliga teknologier inför utmaningar när det gäller att uppnå en enhetlig beläggning av keramiska material inuti elektroder som har invecklade porösa strukturer.
En samarbetande forskargrupp, bestående av professor Jihwan An och Ph.D. kandidaten Sung Eun Jo från institutionen för maskinteknik vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH), och andra, har framgångsrikt producerat porösa elektroder för SOFC med hjälp av de senaste halvledarprocesserna. Denna forskning har presenterats som en baksidesartikel i Små metoder .
Processen för atomskiktsdeposition (ALD) involverar avsättning av gasformiga material på en substratyta i tunna, enhetliga atomskikt. I en nyligen genomförd studie utvecklade och tillämpade professor Jihwan Ans team, känt för sitt tidigare arbete med att förbättra effektiviteten hos SOFC:er som använder ALD, en pulver ALD-process och utrustning. Detta gjorde det möjligt för dem att exakt belägga nanotunna filmer på fina pulver.
Teamet använde denna process för att likformigt belägga en zirkoniumoxid (ZrO2 keramiskt material på en porös strukturerad katod (LSCF). Till skillnad från traditionella ALD-processer för halvledare som i första hand adsorberar gasformiga reaktanter på ytan av porösa strukturer och ansiktsbegränsningar vid penetrering av komplexa porer, använde teamet en atomskiktsprocess på pulverformiga elektrodmaterial och lyckades deponera dessa material inuti strukturen.
I experimentella försök visade lagets elektroder en anmärkningsvärd 2,2-faldig ökning av cellernas maximala effekttäthet jämfört med konventionella, även i högtemperaturmiljöer (700–750 °C). Dessutom uppnådde de en 60 % minskning av aktiveringsmotståndet, en faktor som vanligtvis minskar celleffektiviteten.
Som svar på denna fråga har forskargruppen utvecklat en innovativ handprotes som är skräddarsydd för en patient som tappat tummen och pekfingret i en bilolycka. Denna avancerade protes fungerar genom att tolka signaler från hjärnan till musklerna genom sensorer. Till skillnad från konventionella proteser har den en handledsrotationsmodul, vilket gör att patienter kan njuta av obegränsad rörelse av sina handleder.
Professor Jihwan An som ledde forskningen sa:"Detta innebär ett genombrott i gröna energisystem genom tillämpning av avancerad halvledarprocessbaserad teknologi. Powder ALD-teknologi har en enorm potential i olika applikationer inklusive SOFC, väteproduktion och sekundära batterienheter som t.ex. SOECs."
Han tillade, "Vi kommer att fortsätta våra forskningssträvanden för att förbättra hållbara lösningar för grön energi."
Mer information: Sung Eun Jo et al, Simultaneous Performance and Stability Enhancement in Intermediate Temperature Solid Oxide Fuel Cells by Powder-Atomic Layer Deposited LSCF@ZrO2 Cathodes, Small Methods (2023). DOI:10.1002/smtd.202300790
Journalinformation: Små metoder
Tillhandahålls av Pohang University of Science and Technology
