Tilbake til søkeresultatene

ENERGIX-Stort program energi

Surface protonics for oxide-based electrochemical energy devices

Alternativ tittel: Overflate-protonledende materialer for oksid-baserte elektrokjemiske energi-innretninger

Tildelt: kr 12,0 mill.

I overgangen til et lavutslippssamfunn basert på fornybar energi er det nødvendig med ny kunnskap og nye løsninger som fremmer en langsiktig utvikling av energisystemet. Denne utviklingen innebærer mer bruk av fornybare energiressurser (vind-, sol- og vannkraft), mer energieffektive løsninger og økt behov for fleksibilitet. To viktige innretninger i energisystemet vil bli brenselceller og elektrolysører. I en brenselcelle omdannes hydrogengass til elektrisitet, mens i en elektrolysør skjer det motsatte; elektrisitet brukes til å lage hydrogengass fra vann. I forskningsprosjektet SUPROX har vi undersøkt en ny type materialer for slike brenselceller og elektrolysører. Disse nye materialene er porøse keramiske materialer som har et tynt lag med vann på overflaten. Brenselceller og elektrolysører er avhengig av at protoner, som er positivt ladede hydrogenatomkjerner, kan transporteres gjennom en membran. I de porøse keramiske materialene skjer transporten av protoner i vannlaget på overflaten. Brenselcellene som brukes mest i dag, for eksempel i hydrogenbiler, er basert på polymermaterialer som ikke tåler høy temperatur og de inneholder mye kostbart platina. De nye materialene og cellestrukturene vi har utviklet i SUPROX kan potensielt gjøre at brenselcellene og elektrolysørene i framtiden blir billigere og mer robuste enn nåværende løsninger. Vi har screenet mange potensielle materialer som elektroder og elektrolytter og har jobbet med å optimalisere produksjonen av brenselceller basert på de mest lovende materialene. Elektrokjemisk testing av overflateprotoniske brenselceller basert på en zeolittfilm som porøs elektrolytt viste at motstanden i elektrolyttlaget var relativt lav, men at strømutbyttet var begrenset av relativt høy motstand for elektrodeprosessene. Driftstemperaturer over 100 °C har blitt testet og har vist seg å være fordelaktig for å redusere kondensering av vann. Forståelsen av adsorpsjon og dissosiasjon av vann og migrering av protoner på indre overflater av nanoskopiske porøse oksider har blitt kraftig økt ved å utvikle kvantifiserbare modeller. Den økte forståelsen av overflateprotonikk kan også gi bedre forståelse av katalytiske prosesser, for eksempel på CeO2, og kan åpne for bruksområder også innenfor katalyse. Prosjektet arrangerte den første internasjonale workshopen om overflateprotonikk (SUPR01) i mars 2022. SUPROX-prosjektet var et samarbeid mellom SINTEF og Universitetet i Oslo og var finansiert av Forskningsrådets ENERGIX-program.

Prosjektet har i stor grad bidratt til å utvikle forskningsfeltet "overflateprotonikk" (engelsk: "surface protonics") ved: (1) utvikling av kvantifiserbare modeller for adsorpsjon og dissosiasjon av vann og migrering av protoner på indre overflater av nanoskopiske porøse oksider, (2) fabrikasjon av brenselceller basert på overflateprotonisk ledning og demonstrasjon av disse, og (3) ved å arrangere den første internasjonale workshopen om overflateprotonikk (SUPR01) i mars 2022.

The project "Surface protonics for oxide-based electrochemical energy devices" (SUPROX) aims to develop the next generation fuel-flexible electrochemical cells based on surface protonic conduction in the adsorbed water layer on nanoporous ceramics. Surface protonics enable cheap and robust solid-liquid nanocomposites with high proton conductivity and chemical stability. Operating temperatures above 100 °C may alleviate current issues with water management and slow electrode kinetics and may thus mitigate the need for expensive Pt-group metal electrodes. The oxide-based nanocomposites may also enable a simpler (single chamber) and more fuel-flexible electrochemical cell which can convert cheaper low-concentration fuel mixtures (e.g. dilute biogas) into electricity in a cost-efficient manner. Novel electrolytes and electrodes for fuel cell assemblies working at 100 °C and above will be developed based on nanoporous oxides. These robust fuel cells will, when fully optimized, enable efficient use of hydrogen to produce electrical energy. The target in SUPROX is a total resistance of the cell of < 1 Ohm cm^2 at 100 °C and 50% relative humidity.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

ENERGIX-Stort program energi