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 produceert tijdens de productie. Vaste-oxide-elektrolytische cellen (SOEC), die hernieuwbare energie gebruiken om waterstof uit water te winnen, trekken de aandacht omdat ze geen vervuilende stoffen produceren. Van deze technologieën bieden hoge-temperatuur-vaste-oxide-elektrolytische cellen de voordelen van een hoge efficiëntie en een hoge productiesnelheid.
De protonkeramische batterij is een SOEC-technologie met hoge temperaturen die gebruikmaakt van een protonkeramische elektrolyt om waterstofionen binnen een materiaal over te brengen. Deze batterijen maken ook gebruik van een technologie die de bedrijfstemperaturen verlaagt van 700 °C of hoger naar 500 °C of lager, waardoor de systeemgrootte en -prijs worden gereduceerd en de betrouwbaarheid op lange termijn wordt verbeterd door veroudering te vertragen. Omdat het belangrijkste mechanisme dat verantwoordelijk is voor het sinteren van protische keramische elektrolyten bij relatief lage temperaturen tijdens het productieproces van de batterij echter niet duidelijk is gedefinieerd, is het moeilijk om de commercialiseringsfase in te gaan.
Het onderzoeksteam van het Energy Materials Research Center van het Korea Institute of Science and Technology heeft bekendgemaakt dat ze dit mechanisme voor het sinteren van elektrolyten hebben ontdekt. Dit vergroot de kans op commercialisering: het gaat om een nieuwe generatie keramische batterijen met een hoog rendement, die nog niet eerder zijn ontdekt.
Het onderzoeksteam ontwierp en voerde verschillende modelexperimenten uit op basis van het effect van de transiënte fase op de elektrolytverdichting tijdens het sinteren van de elektrode. Ze ontdekten voor het eerst dat het toevoegen van een kleine hoeveelheid gasvormig sinterhulpmateriaal uit de transiënte elektrolyt het sinteren van de elektrolyt kan bevorderen. Gassinterhulpstoffen zijn zeldzaam en technisch moeilijk te observeren. Daarom is de hypothese dat de elektrolytverdichting in protonkeramische cellen wordt veroorzaakt door het verdampende sintermiddel, nooit geopperd. Het onderzoeksteam gebruikte computationele wetenschap om het gasvormige sintermiddel te verifiëren en bevestigde dat de reactie de unieke elektrische eigenschappen van de elektrolyt niet aantast. Het is daarom mogelijk om het kernproces voor het productieproces van een protonkeramische batterij te ontwerpen.
"Met deze studie zijn we een stap dichter bij de ontwikkeling van het kernproces voor de productie van protonkeramische batterijen", aldus de onderzoekers. "We zijn van plan om in de toekomst het productieproces van grootschalige, hoogefficiënte protonkeramische batterijen te bestuderen."
Plaatsingstijd: 08-03-2023