Tilbake til søkeresultatene

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek

From Empiricism via Fundamentals to Improved Performance of Proton Ceramic Electrochemical Cells

Alternativ tittel: Fra empirisk og fundamental forståelse til forbedret ytelse av proton-keramiske elektrokjemiske celler

Tildelt: kr 8,0 mill.

Proton-keramiske elektrokjemiske celler (PCECs) representerer en fremvoksende teknologi for kostnadseffektiv elektrokjemisk energikonvertering, deriblant stasjonær energilagring, kraftproduksjon og produksjon av fornybare kjemikalier og brensler. Utviklingen den siste tiden har resultert i signifikant forbedring av materialer, komponenter og komplette elektrokjemiske celler for en rekke ulike anvendelser med konkurransedyktig ytelse. Imidlertid er den fundamentale forståelsen av de elektrokjemiske prosessene som foregår på overflater og grenseflater fortsatt begrenset. Mer spesifikt så er innflytelse av adsorberte vannlag på overflatene – og transport og reaksjoner i dem – et ubeskrevet blad i litteraturen, og noe vi mener vil kunne ha stor påvirkning på de elektrokjemiske prosessene under en del realistiske driftsbetingelser. BRIDGE-prosjektet vil imøtekomme denne utfordringen ved å bygge bro mellom ulike vitenskapelige disipliner for å skape ny innsikt i de fundamentale PCEC prosessene. Dette vil gjøres ved å kombinere kunnskap og eksperimentelle metoder fra mer utviklede overlappende teknologier, med målrettede empiriske studier rettet mot å beskrive og identifisere spesifikke begrensende elektrokjemiske mekanismer for PCECs. Det vil utvikles spesielt designede eksperimenter og celle-geometrier som vil muliggjøre direkte studier av overflate-kjemi og -fysikk mens systemet er driftet elektrokjemisk ut av likevekt – såkalt operando karakterisering. Informasjonen fra disse empiriske studiene vil bli kombinert med teoretisk modellering for å utvikle en sammensatt elektrokjemisk modell for PCECs. Denne vil ha som mål å skape en bro mellom material- og komponent-spesifikke egenskaper og de elektrokjemiske prosessene som foregår i komplette celler. Den sammensatte modellen utviklet i BRIDGE vil ha som mål å skape grobunn for økt forståelse og innsikt til målrettet forbedring av materialer og komponenter for videre økt ytelse for PCECs.

Proton Ceramic Electrochemical Cell (PCEC) based systems are an emerging technology for cost-efficient stationary energy storage, power generation and fuel production with high electrical efficiency. The development of PCEC has primarily targeted understanding and improving the bulk properties of electrolyte and electrode materials through equilibrium characterization of defect chemistry and transport properties. However, as PCEC technologies mature into scaled up electrochemical devices there is an urgent need to understand and describe the fundamental electrochemical processes of PCECs when operated far-from-equilibrium. In particular, the impact of surface protonic species on transport paths and reaction kinetics of PCEC electrodes may become increasingly important as PCECs approach the targeted intermediate-temperature regime (300-500°C). To address these needs, BRIDGE aims to extend the mechanistic understanding of intermediate-temperature PCECs as they are operated in- and out-of-equilibrium, by bridging electrochemistry, multi-scale modelling, catalysis and surface protonics in an empirically validated electrochemical model. To achieve this ambitious target, BRIDGE will employ a holistic and interdisciplinary approach coupling established methodologies from materials science, catalysis and electrochemistry with the development of novel operando methodologies for direct analysis of surface kinetics and surface chemistry of PCEC electrode surface and interfaces as they are operated far-from-equilibrium. The results will be corroborated by atomistic modelling and used as inputs for a comprehensive and mechanistic electrochemical model based on a generalized current density equation.

Aktivitet:

FRINATEK-Fri prosj.st. mat.,naturv.,tek