Laatste nieuws:

WENEN, 4 april 2017 18:32

Waarom brandstofcellen in ademnood komen

Een brandstofcel heeft een oxiderend middel nodig, zoals zuurstof. Aan de Technische Universität Wien kan men nu verklaren waarom dit maar slecht binnendringt en onbruikbaar wordt in de cellen.

Met gepulste lasers wordt het passende oppervlak gegenereerd. '
Met gepulste lasers wordt het passende oppervlak gegenereerd.
Rechts
1/2

Een brandstofcel wekt elektrische stroom uit een eenvoudige chemische reactie, bijvoorbeeld de vorming van water uit zuurstof en waterstof. Onhandig is echter de vraag waaruit men keramische brandstofcellen het beste kan produceren. Er zijn nieuwe materialen nodig, die zo efficiënt mogelijk als katalysator voor de gewenste chemische reactie fungeren, maar het ook zo lang mogelijk uithouden zonder te veranderen.

Tot nu toe was men bij het ontwikkelen van zulke materialen vaak aangewezen op ‘trial and error'. Aan de TU in Wenen is het gelukt het oppervlak van brandstofcellen op atomair niveau doelgericht te veranderen en tegelijkertijd te meten. Op deze manier kunnen nu voor het eerst belangrijke fenomenen worden verklaard - zoals waarom strontiumatomen aan spelbederf doen, of dat kobalt nuttig kan zijn voor brandstofcellen.

Zuurstofbenodigdheden als flessenhals

In de kathode, de positieve pool van de brandstofcel, wordt zuurstof uit de lucht in het brandstofcelmateriaal ingebouwd. Elektrisch geladen zuurstofionen moeten dan door het materiaal heel diffunderen en aan de anode, de negatief geladen zijde reageren met bijvoorbeeld waterstof.

De flessenhals van dit totale proces is het inbouwen van de zuurstof in de kathode. Opdat het inbouwen van de zuurstof snel genoeg verloopt, moet men de brandstofcellen bij zeer hoge temperaturen laten werken, bij ongeveer 700°C tot 1000°C. Al langere tijd is men op zoek naar betere kathodematerialen, die een lagere bedrijfstemperatuur mogelijk maken.

Er zijn wel enkele interessante kandidaten, zoals met strontium gedoteerd lanthaancobaltaat (LSC). Het grote probleem daarbij is, dat deze materialen die op lange termijn stabiel blijven. Op een gegeven moment neemt de activiteit af en vermindert het vermogen van de brandstofcel. Over de exacte oorzaak daarvan bestaan tot nu toe slechts vermoedens.

Oppervlak doelgericht veranderd

Duidelijk was in ieder geval, dat het oppervlak aan de kathode waarop de zuurstof zich moet hechten en vervolgens in de brandstofcel moet diffunderen, een beslissende rol speelt. Daarom ontwikkelden de onderzoekers in Wenen een methode, die oppervlakken doelgericht verandert en tegelijkertijd meet hoe dat uitwerk op de elektrische eigenschappen van de brandstofcel.

Met een laserpuls verdampen de wetenschappers verschillende materialen, die zich dan in miniscule hoeveelheid op het oppervlak hechten. Zo kunnen ze fijn gedoseerd de samenstelling van het kathode-oppervlak modificeren en tegelijkertijd waarneem hoe de weerstand in het systeem daarbij verandert.

Te veel strontium schaadt

Zo konden de wetenschappers aantonen, dat materiaal dat rijk is aan strontium het oppervlakte schaadt. Wanneer atomen van dit metaal domineren, wordt zuurstof maar zeer moeilijk ingebouwd. Het kathode-oppervlak neemt de zuurstof op zeer inhomogene wijze op. Op voorkeursplaats, zoals daar waar kobalt-atomen zitten,functhioneert het inbouwen van zuurstof goed; waar strontium domineert, lukt het nauwelijks zuurstof in het oppervlak te krijgen.

Dit verklaart ook waarom brandstofcellen in de tijd gezien steeds slechter worden. Het strontium uit het inwendige van het materiaal diffundeert naar het oppervlak en bedekt elk actief kobalt-centrum - de brandstofcel krijgt geen adem meer.

Deze resultaten geven belangrijke aanwijzingen hoe het inbouwen van zuurstof fundamenteel in materialen zoals LSC verloopt en welke processen verantwoordelijk zijn voor het vermogensverlies van brandstofcellen. De onderzoekers zijn daarmee een stap dichterbij gekomen voor technische toepassingen van LSC. De nieuwe onderzoeksmethode, die nauwkeurige coating combineert met meting aan elektrische eigenschappen,zal zeker ook in andere sectoren van het vastestofonderzoek nog een belangrijke rol spelen.

bron: Technische Universität Wien

Reacties

Er zijn nog geen reacties op dit artikel.

Hier kunt u een reactie plaatsen bij het bericht .
Uw e-mailadres zal niet op de website worden getoond.
Uw naam *
Uw E-mail *
Uw bericht *
  robot check
Vul de code van bovenstaand plaatje in.

Van onze partners meer (6)...

Rollon Lineairtechniek BV

Bege Aandrijftechniek BV

Pilz Nederland

Rotero Holland bv

EUCHNER (Benelux) BV

B&R Industriele Automatisering BV

Perfection in Automation  

Vacatures

ab op Twitter

TwitterlogoVolg ab nu ook op Twitter!

Onze accountnaam is: @aenb

Agenda meer (34)

6 september 2017 - Rotterdam, Havenbedrijf Rotterdam – WPC
10 jaar Platform Schone Scheepvaart
12 september 2017 - Hilvarenbeek, Hilvaria Studio’s
AluminiumNext
13 september 2017 - Garching (D), FZG, TU München
7th International Conference on Gears 2017
19 september 2017 - Hardenberg - Evenementenhal
Technische Industriële Vakbeurs
21 september 2017 - Vianen, Pilz Nederland
Vrouwen in de techniek
21 september 2017 - Veldhoven, *techniekHuys
ROS-Industrial
26 september 2017 - Gorinchem - IMC Test & Measurement
IMC Test & Measurement Days
27 september 2017 - Coventry (UK), Windmill Village Hotel
FLIR International User Conference

Geen nieuws meer missen?

Meldt u dan direct aan voor de gratis ab nieuwsbrief.

 

Knop nieuwsbriefMet de gratis ab nieuwsbrief wordt u wekelijks op de hoogte gehouden over het aandrijven en besturen nieuws. U ontvangt wekelijks het laatste nieuws en elke maand een themanieuwsbrief.

 

Direct aanmelden