De technologie voor de productie van groene waterstof is absoluut noodzakelijk voor de uiteindelijke realisatie van een waterstofeconomie, omdat groene waterstof, in tegenstelling tot grijze waterstof, geen grote hoeveelheden koolstofdioxide uitstoot tijdens de productie. Vaste-oxide-elektrolysecellen (SOEC's), die hernieuwbare energie gebruiken om waterstof uit water te winnen, trekken de aandacht omdat ze geen vervuilende stoffen produceren. Van deze technologieën hebben hogetemperatuur-vaste-oxide-elektrolysecellen de voordelen van een hoog rendement en een snelle productiesnelheid.
De protonkeramische batterij is een SOEC-technologie voor hoge temperaturen die gebruikmaakt van een protonkeramische elektrolyt om waterstofionen binnen een materiaal te transporteren. Deze batterijen maken ook gebruik van een technologie die de bedrijfstemperatuur verlaagt van 700 °C of hoger naar 500 °C of lager, waardoor de systeemgrootte en -kosten worden verlaagd en de betrouwbaarheid op lange termijn wordt verbeterd door veroudering te vertragen. Omdat het belangrijkste mechanisme dat verantwoordelijk is voor het sinteren van protonkeramische elektrolyten bij relatief lage temperaturen tijdens het productieproces van de batterij echter nog niet duidelijk is, is de overgang naar commercialisering lastig.
Het onderzoeksteam van het Energy Materials Research Center van het Korea Institute of Science and Technology heeft bekendgemaakt dat ze dit elektrolyt-sintermechanisme hebben ontdekt, wat de mogelijkheid tot commercialisering vergroot: het betreft een nieuwe generatie zeer efficiënte keramische batterijen die nog niet eerder zijn ontdekt.
Het onderzoeksteam ontwierp en voerde diverse modelproeven uit op basis van het effect van de transiënte fase op de verdichting van het elektrolyt tijdens het sinteren van elektroden. Ze ontdekten voor het eerst dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid gasvormig sinteringshulpstof uit het transiënte elektrolyt het sinteren van het elektrolyt kan bevorderen. Gasvormige sinteringshulpstoffen zijn zeldzaam en technisch moeilijk waar te nemen. Daarom was de hypothese dat de verdichting van het elektrolyt in protonkeramische cellen wordt veroorzaakt door het verdampen van het sinteringsmiddel nog nooit eerder geopperd. Het onderzoeksteam gebruikte computerwetenschappen om het gasvormige sinteringsmiddel te verifiëren en bevestigde dat de reactie de unieke elektrische eigenschappen van het elektrolyt niet aantast. Hierdoor is het mogelijk om het kernproductieproces van protonkeramische batterijen te optimaliseren.
"Met deze studie zijn we een stap dichter bij de ontwikkeling van het kernproductieproces voor protonkeramische batterijen", aldus de onderzoekers. "We zijn van plan om in de toekomst het productieproces van grootschalige, zeer efficiënte protonkeramische batterijen te bestuderen."
Geplaatst op: 08-03-2023