Festoxid-Brennstoffzellen (SOFC) werden häufig für die Energiespeicherung, den Transport und verschiedene Anwendungen eingesetzt und verwenden feste Elektrolyte wie Keramik. Die Effizienz dieser Zellen hängt von der Leistung und Stabilität ihrer Elektroden ab.
Um diese Effizienz zu steigern, besteht die Notwendigkeit, Elektroden mit einer porösen Struktur herzustellen. Bedauerlicherweise stehen bestehende Technologien vor der Herausforderung, eine gleichmäßige Beschichtung keramischer Materialien innerhalb von Elektroden mit komplizierten porösen Strukturen zu erreichen.
Ein gemeinsames Forschungsteam, bestehend aus Professor Jihwan An und Ph.D. Kandidat Sung Eun Jo von der Fakultät für Maschinenbau der Pohang University of Science and Technology (POSTECH) und andere haben mithilfe modernster Halbleiterprozesse erfolgreich poröse Elektroden für SOFCs hergestellt. Diese Forschung wurde auf der Rückseite vorgestellt Artikel In Kleine Methoden.
Beim Prozess der Atomlagenabscheidung (ALD) werden gasförmige Materialien in dünnen, gleichmäßigen Atomschichten auf einer Substratoberfläche abgeschieden. In einer aktuellen Studie hat das Team von Professor Jihwan An, das für seine früheren Arbeiten zur Verbesserung der Effizienz von SOFCs mithilfe von ALD bekannt ist, ein Pulver-ALD-Verfahren und eine Pulver-ALD-Ausrüstung entwickelt und angewendet. Dadurch konnten sie nanodünne Filme präzise auf feine Pulver auftragen.
Das Team nutzte dieses Verfahren, um ein Keramikmaterial aus Zirkoniumoxid (ZrO2) gleichmäßig auf eine poröse strukturierte Kathode (LSCF) aufzutragen. Im Gegensatz zu herkömmlichen ALD-Prozessen für Halbleiter, die hauptsächlich gasförmige Reaktanten auf der Oberfläche poröser Strukturen adsorbieren und nur begrenzt in komplexe Poren eindringen können, verwendete das Team einen Atomschichtprozess auf pulverförmigen Elektrodenmaterialien und lagerte diese Materialien erfolgreich innerhalb der Struktur ab.
In experimentellen Versuchen zeigten die Elektroden des Teams eine bemerkenswerte 2,2-fache Steigerung der maximalen Leistungsdichte der Zellen im Vergleich zu herkömmlichen, selbst in Umgebungen mit hohen Temperaturen (700–750 °C). Darüber hinaus erreichten sie eine Reduzierung des Aktivierungswiderstands um 60 %, ein Faktor, der typischerweise die Zelleffizienz verringert.
Als Reaktion auf dieses Problem hat das Forschungsteam eine innovative Handprothese entwickelt, die auf einen Patienten zugeschnitten ist, der bei einem Autounfall Daumen und Zeigefinger verloren hat. Diese fortschrittliche Prothese funktioniert, indem sie Signale vom Gehirn über Sensoren an die Muskeln weiterleitet. Im Gegensatz zu herkömmlichen Prothesen verfügt es über ein Handgelenkrotationsmodul, das es den Patienten ermöglicht, ihre Handgelenke uneingeschränkt zu bewegen.
Professor Jihwan An, der die Forschung leitete, sagte: „Dies bedeutet einen Durchbruch bei grünen Energiesystemen durch die Anwendung fortschrittlicher, auf Halbleiterprozessen basierender Technologie. Die Pulver-ALD-Technologie birgt ein enormes Potenzial für verschiedene Anwendungen, einschließlich SOFCs, Wasserstoffproduktion und Sekundärbatteriegeräte wie z SOECs.“
Er fügte hinzu: „Wir werden unsere Forschungsbemühungen fortsetzen, um nachhaltige Lösungen für grüne Energie zu verbessern.“
Mehr Informationen:
Sung Eun Jo et al., Gleichzeitige Leistungs- und Stabilitätssteigerung in Festoxid-Brennstoffzellen mittlerer Temperatur durch pulveratomarschichtabgeschiedene LSCF@ZrO2-Kathoden, Kleine Methoden (2023). DOI: 10.1002/smtd.202300790