محققان گزارش می‌دهند با توسعه روش‌هایی برای فشار ناشی از کاهش فاصله بین اتم‌ها، منجر به کاهش در سرعت انتقال یون‌های هیدروژن توسط مواد شده و این فشار کمک خواهد کرد که سلول‌های سوختی با کارایی بالا برای تولید انرژی پاک به تعداد بیشتری از خانواده‌ها در آینده ارائه شود.
به گزارش بین تاک به نقل از ساینس دیلی، بسیاری از ما احتمالاً با این موضوع آشنا هستیم که چگونه فشار در روابط کاری می تواند بر عملکرد تأثیر بگذارد، اما تحقیقات جدید نشان می دهد که مواد موجود در سلول های سوختی تولید کننده الکتریسیته ممکن است در سطوح کاملاً متفاوتی نسبت به فشار حساس باشند.
محققان دانشگاه کیوشو گزارش می دهند که فشار ناشی از کاهش 2 درصدی فاصله بین اتم ها هنگام انباشته شدن بر روی سطح منجر به کاهش 99.999 درصدی در سرعت انتقال یون های هیدروژن توسط مواد می شود و عملکرد سوخت اکسید جامد را تا حد زیادی کاهش می دهد.
توسعه روش‌هایی برای کاهش این فشار کمک خواهد کرد که سلول‌های سوختی با کارایی بالا برای تولید انرژی پاک به تعداد بیشتری از خانواده‌ها در آینده ارائه شود.
سلول های سوختی که قادر به تولید الکتریسیته از هیدروژن و اکسیژن هستند در حالی که فقط آب را به عنوان زباله منتشر می کنند، برای انتقال یون های تولید شده با شکستن مولکول های هیدروژن یا اکسیژن از یک طرف دستگاه به سمت دیگر، به الکترولیت متکی هستند.
اگرچه اصطلاح الکترولیت اغلب ممکن است تصاویری از مایعات و نوشیدنی های ورزشی را تداعی کند، اما آنها می توانند جامد نیز باشند. برای سلول‌های سوختی، محققان به‌ویژه به الکترولیت‌های مبتنی بر سرامیک و اکسیدهای جامد – مواد سخت متشکل از اکسیژن و سایر اتم‌ها – که یون‌های هیدروژن مثبت را هدایت می‌کنند، که پروتون نیز نامیده می‌شوند، علاقه‌مند هستند.
چنین اکسیدهای جامد رسانای پروتون نه تنها دوام بیشتری نسبت به مایعات و غشاهای پلیمری دارند، بلکه می توانند در محدوده دمای متوسط 300 تا 600 درجه سانتیگراد نیز کار کنند، که کمتر از همتایان رسانای یون اکسیژن آنها است.
جونجی هیودو، نویسنده این مطالعه و استادیار پژوهشی در پلتفرم تحقیقات انرژی بین‌رشته‌ای دانشگاه کیوشو، می‌گوید: «یکی از کلیدهای کارایی خوب این است که پروتون‌ها را از طریق الکترولیت در سریع‌ترین زمان ممکن با اکسیژن واکنش دهند. بر روی کاغذ، ما موادی با خواص عالی داریم که در صورت استفاده در پیل‌های سوختی اکسید جامد باید به عملکرد عالی منجر شود، اما عملکرد واقعی بسیار پایین‌تر است.»
اکنون، محققان فکر می‌کنند که می‌دانند از طریق بررسی‌هایی که در محل برخورد الکترولیت با الکترود القاکننده صورت می‌گیرد، چه واکنشی اتفاقی می‌افتد.
برای مطالعه خود، محققان بر روی اکسید امیدوار کننده ای به نام BZY20 تمرکز کردند که ترکیبی از ایتریم، باریم، زیرکونیوم و اتم های اکسیژن است. BYZ20 یک کریستال با ساختار مشترکی را تشکیل می دهد که در یک مکعب قرار می گیرد و با رشد اکسید بارها و بارها روی سطح تکرار می شود.
با نگاهی به نمونه‌هایی با ضخامت‌های مختلف، آنها دریافتند که اتم‌های لبه‌های این مکعب در سطح مشترک بین اکسید و سطح 2 درصد نزدیک‌تر از لایه‌های دورتر از سطح هستند. علاوه بر این، این کرنش فشاری رسانایی پروتون را به نزدیک به 1/100000 از آنچه در نمونه های فله است کاهش می دهد.
یوشیهیرو یامازاکی، استاد دانشگاه می گوید: «تغییر تنها 2 درصد – از یک متر به 98 سانتی متر در مقیاس بزرگ – ممکن است ناچیز به نظر برسد، اما در دستگاهی که فعل و انفعالات در مقیاس اتمی اتفاق می افتد، تأثیر بسیار زیادی دارد.»
همانطور که لایه ها ساخته می شوند، این کرنش فشاری به آرامی کاهش می یابد و مکعب در نهایت به اندازه دلخواه خود دور از سطح مشترک می رسد. اما در حالی که رسانایی ممکن است دور از سطح زیاد باشد، آسیب از قبل وارد شده است.
محاسبه این کاهش رسانایی هنگام محاسبه عملکرد مورد انتظار منجر به مقادیری می شود که با عملکرد واقعی پیل سوختی مطابقت دارد و نشان می دهد که کرنش احتمالاً در کاهش عملکرد نقش دارد.
یامازاکی می‌گوید: “در حالی که ما مواد جداگانه خوبی داریم، حفظ خواص آنها هنگام ترکیب آنها در یک دستگاه بسیار مهم است. در این مورد، اکنون می‌دانیم که استراتژی‌هایی برای کاهش کرنش در جایی که اکسید با الکترود برخورد می‌کند مورد نیاز است.”
انتهای پیام/
