Grön vätgasproduktionsteknik är absolut nödvändig för att slutligen kunna förverkliga en vätgasekonomi eftersom grön vätgas, till skillnad från grå vätgas, inte producerar stora mängder koldioxid under sin produktion. Elektrolytiska celler med fast oxid (SOEC), som använder förnybar energi för att utvinna vätgas från vatten, drar till sig uppmärksamhet eftersom de inte producerar föroreningar. Bland dessa tekniker har högtemperaturelektrolytiska celler med fast oxid fördelarna med hög effektivitet och snabb produktionshastighet.
Protonkeramiska batterier är en högtemperatur-SOEC-teknik som använder en protonkeramisk elektrolyt för att överföra vätejoner inom ett material. Dessa batterier använder också en teknik som sänker driftstemperaturerna från 700 °C eller högre till 500 °C eller lägre, vilket minskar systemstorlek och pris, och förbättrar den långsiktiga tillförlitligheten genom att fördröja åldring. Eftersom den viktigaste mekanismen som ansvarar för sintring av protiska keramiska elektrolyter vid relativt låga temperaturer under batteritillverkningsprocessen inte har definierats tydligt, är det dock svårt att gå vidare till kommersialiseringsstadiet.
Forskargruppen vid Energy Materials Research Center vid Korea Institute of Science and Technology meddelade att de har upptäckt denna mekanism för elektrolytsintring, vilket ökar möjligheten till kommersialisering: det är en ny generation av högeffektiva keramiska batterier som inte har upptäckts tidigare.
Forskargruppen utformade och genomförde olika modellexperiment baserade på effekten av transient fas på elektrolytförtätning under elektrodsintring. De fann för första gången att tillförseln av en liten mängd gasformigt sintringshjälpmedel från den transienta elektrolyten kan främja sintringen av elektrolyten. Gassintringshjälpmedel är sällsynta och svåra att observera tekniskt. Därför har hypotesen att elektrolytförtätningen i protonkeramiska celler orsakas av det förångande sintringsmedlet aldrig föreslagits. Forskargruppen använde beräkningsvetenskap för att verifiera det gasformiga sintringsmedlet och bekräftade att reaktionen inte äventyrar elektrolytens unika elektriska egenskaper. Därför är det möjligt att designa kärntillverkningsprocessen för protonkeramiska batterier.
"Med den här studien är vi ett steg närmare att utveckla den centrala tillverkningsprocessen för protonkeramiska batterier", säger forskarna. Vi planerar att studera tillverkningsprocessen för storskaliga, högeffektiva protonkeramiska batterier i framtiden."
Publiceringstid: 8 mars 2023