Yllätykset tehostavat polttokennoja

Erilaisia nykyistä tehokkaampia polttokennoratkaisuja tavoitellaan monissa laboratorioissa

Penn State -yliopiston tutkijoiden mukaan uudenlainen synteettinen polymeerikalvo saattaa keventää alkaliparistojen ja -polttokennojen kustannuksia mahdollistamalla kalliiden platinakatalyyttien korvaamisen suorituskykyä uhraamatta.

Yliopiston materiaalitieteen osastolla on paneuduttu kehittämään mahdollisia vaihtoehtoja polttokennojen anioninvaihtokalvoille. Tutkijat kehittivät erilaisia rakennevaihtoehtoja ja simuloidussa olosuhteissa kokeilivat mikä niistä olisi optimaalisin todelliselle polttokennolle.

Tutkijaryhmä arvioi, että kalvot, joiden kemiallisessa koostumuksessa on pitkiä 16-hiilirakenteita, antaisi parhaan tehon ja kestävyyden. Ennusteista huolimatta, kalvot jotka sisälsivät lyhyempiä kuuden hiilen rakenteita, osoittautuivat paljon kestävämmiksi ja tehokkaiksi 60 tunnin jatkuvan käytön jälkeen.

Tämän yllättävän tuloksen johdosta tutkijat yrittävät nyt vielä ymmärtää, miksi 6-hiili versiolla on parempi pitkän aikavälin kestävyys kuin 16-hiili kalvolla. Seuraava askel, onkin yrittää selvittää, miten nämä polymeerit toimivat polttokennossa yksityiskohtaisella tasolla.

 

Singaporelaisen A*STAR-instituutin tutkijoiden mukaan puolijohteisilla nanorakenteilla on valmiuksia suureenkin rooliin tulevaisuuden aurinkoenergialla toimivissa vedyntuottojärjestelmissä,

Tutkijoiden teoreettiset simulaatiot osoittavat, että kerroksittaiset puolijohteet, joilla on magneettiset rajapinnat ovat tehokkaita katalyyttejä aurinkoenergian talteenotossa ja muuntamisessa.

Simulaatiomallissa rajapinnoilla, jotka on valmistettu galliumnitridi (GaN) ja sinkkioksidi (ZnO) puolijohteista on säädettävät magneettiset ja valoa keräävät ominaisuudet eli tekijät, jotka voivat parantaa fotokatalyyttistä muutosta vedestä vetypolttoaineeksi.

Useimmat valosähkökemialliset kennot käyttävät titaanidioksidisia elektrodeja mutta koska sillä on suuri energiarako se saavuttaa vain pienen murto-osan auringon spektristä. Lupaava tapa lisätä tätä tehokkuutta on "superhila" materiaalit, jotka pinoutuvat kahdesta eri puolijohteesta vuorotellen, nanometrin ohuina kerroksina.

Tiheysfunktionaaliteorian avulla tutkijat optimoivat GaN-ZnO mallin superhilaa ja osoittivat, että kaksi puolijohdekerrosta muodostaa kiteistä nanolankaa. Sitten tutkijat muodostivat malliin pieniä atomivaihdosten tuottamia vikakohtia häiritäkseen hieman puolijohteen kiteisyyttä. Tutkijoiden yllätykseksi, erilaisissa ​​vikakohtien rajapinnoissa havaittiin magnetismia.

Nämä magneettiset tekijät voivat parantaa varausten erottamista ja liikkuvuutta fotokatalyysin aikana. Lisäksi häiritty rakenne voi muuttaa puolijohteen kaistaeroja tuottamalla välitasoja, mitkä sitten helpottavat fotoneita virittämään elektroneja veden halkaisun reaktioon.

Jos nämä GaN-ZnO nanorakenteiden ominaisuudet todennetaan vielä laboratoriokokeissa, materiaaleilla saattaa olla käyttöä energiankeruun aurinkokennoissa.