현재, 새로운 전세계의 새로운 합의가 점차 형성되고 있습니다. 수소 에너지는 다양한 에너지 시스템 간의 대화 형 연결로 작용하며 미래의 저탄소 방출 에너지 시스템의 핵심입니다. 불안하게도 깨끗한 재생 가능 에너지를 개발하는 것은 세계의 에너지 소비 인프라를 최적화하는 데 장기적인 영향을 미치며, 이는 에너지 절약 및 배출 감소에 대한 지속적인 추진력입니다.
잠재적 인 청정 에너지 시스템으로서, 연료 전지는 방출 된 화학 에너지를 전기 활용과 다른 목적으로 직접 전기 에너지로 변환 할 수 있습니다. 전통적인 내부 연소 생성 시스템 (예 :디젤 피스톤 생성기 등)과 달리 방출 된 화학 에너지는 전기 촉매 환원-산화 (산화물) 반응으로부터 얻어진다.
또한, 연료 전지는 NO
오늘날, 지배적 인 에너지 시스템을 교체하는 것은 더 이상 초기 연료 선택 또는 에너지 생성 메커니즘을 변경하는 것만 큼 간단하지 않습니다. 전송 및 응용 분야를위한 전체 인프라의 업그레이드도 고려해야합니다. 이러한 치열한 전력 문제에 의해, 우연히, 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)는 높은 에너지 효율을 달성하기 위해 충전 또는 개시 작업이 필요하지 않기 때문에 연료 전지 패밀리에서 경쟁 후보가되기 위해 발생하지 않았습니다 (최대 40 ~ 60% 또는 70%까지 쉽게 수준). 그들은 반드시 전통적인 Carnot-Cycle 열역학 법칙을 따르지 않으며 O 2, 에 의해 주로 공급 된 빠른 산화 환원 반응에만 의존합니다. 산화제.
열 전력 방향성을 위해 열 전달 시스템과 결합하면 에너지 변환 효율이 85%로 더 높아질 수 있습니다. 이러한 특징은 글로벌 에너지 시장에서 SOFC의 중요한 위치를 강화합니다. 2017 년까지 SOFC의 세계 시장은 약 4 억 4,400 만 달러에 이르렀으며 2025 년에 예상되는 11 억 개의 글로벌 시장 공상으로 매우 빠르게 확장되었습니다.
일상 생활 소비를위한 에너지를 공급하는 것 외에도, 시스템 내 바이오 순환 재생 소화기는 실제로 항공 우주 산업에 적용하기위한 내장 된 포함 유형 재생 가능한 전기 세대 역할을 할 수 있습니다. 최근에는 중국의 심해 탐사 항공기에 " Lunar-Palace-One-Project 라는 SOFC를 적용하는 것이 제안되었습니다. ".". SOFC는 달의 극한 환경에서 우주 비행사와 생물학적 내부 재활용 시스템을 지원하기 위해 우주 비행사의 살아있는 요구에 충분한 에너지를 최적으로 공급할 수있는 능력으로 인해 선택되었습니다.
빠른 이온 도체
SOFC의 핵심 구성 요소 인 전해질은 전자 절연으로 빠른 이온 수송을 보장하여 전압 손실을 감소시키고 전기 성능을 결정할 수 있어야합니다. 일반적으로 이것은 일반적으로 800 ° C가 넘는 높은 작업 온도에서 SOFC에 대해서만 보장 될 수 있습니다. 따라서, 높은 작업 온도 및 해당 높은 비용의 병목 현상 문제를 해결하기 위해 더 넓은 응용 프로그램 및 추가 SOFC 개발을 달성하기 위해 기술의 핵심 부분 인 전해질에 중점을 둡니다.
.임의의 물질에서 결정 구조의 필수 특징으로서, 본래의 결함, 특히 음이온 프렌 켈 (A-FR) 쌍의 열 중심 형성은 이온 전도의 개시로 여겨져왔다. 다른 전해질 후보에 대한 우리의 이전 연구 인 la 2 hf 2 o 7, 또한 그러한 관점을 증명했습니다. 그러나, 격자로 형성된 일정량의 A-FR 쌍에서만 이온 전도는 장비에 의해 조사 될 수있다. 여기, 우리는 밀도 기능 이론 (DFT) 계산을 사용하여 A-FR 쌍 형성 및 이온 전도의 완전한 프로세스를 모니터링하는 새로운 신뢰할 수있는 방법으로 새로운 현장 및 비접촉 발광 방법을보고합니다. 이것은 이온 전도 메커니즘을 철저히 이해하는 데 중요하며 저온에서 높은 전도도를 실현하기 위해 재료의 특성을 제어하는 데 더 많은 도움이 될 것입니다.
.저온 SOFC에 대한 적절한 전해질 재료를 찾기 위해 La 2 에서 영감을 받았습니다. mo 2 o 9 2001 년에 빠른 이온 도체 인 것으로 밝혀진 다소 높은 O- 이온 전도도를 갖는 비정질-유사 산화물 화합물).이 연구에서, 우리는 LA 에서 열 중심 형성 O A-FR 쌍 (원시 솔루빌라이저)과 Bi Dopant (경쟁 억제제) 사이의 얽힌 상호 작용에 대해 뚜렷하고 보완적인 관점을 제공한다. mo 2 o 9 파생 상품.
도펀트가있는 음이온 프렌 켈 결함
DFT 계산 내에서 LA
결과적으로, Bi 도펀트는 도핑 한계까지 결정 구조에서 A-FR 결함의 형성을 크게 억제한다. 이것은 도펀트 BI 농도가 특정 지점으로 증가함에 따라, A-FR 쌍의 형성이 크게 억제 되었기 때문에 이온 전도도가 증가하거나 심지어 감소하기 시작한다. 희귀 원리 기반의 상향 전환 (UC) 발광 실험은 또한 이러한 이온 전도도 거동이 바이 도펀트의 농도에 의존하는 변화를 입증했다. 이온 전도도의 교대는 150 ℃의 낮은 바이 도펀트 농도 샘플에서 관찰되었으며, 이는 A-FR 형성 개시 온도의 계산과 일치한다.
.우리의 연구 팀 이이 분야에서 발전함에 따라, 우리는 저온 SOFC에 대한 더 많은 후보 재료를 선별하기 위해 이러한 방법을 적용하는 것에 대한 후속 연구를 수행 할 계획입니다. 장기적으로, 재료 스크리닝을위한 체계적인 계산 매개 변수를 구축하는 것은 에너지 재료 조사에 매우 시급하고 유익 할 것입니다.
이러한 결과는 최근 Nano Energy 에 발표 된 저온 SOFC의 Probing 산화물 이온 전도라는 제목의 기사에 설명되어 있습니다. , 고 충격 학술 저널. 이 작업은 홍콩 폴리 테크닉 대학교의 Mingzi Sun과 Bolong Huang 박사가 수행하여 Qian HE, Qinyuan Zhang, South China University of Technology의 Shi Ye 및 Guilin University of Technology의 Xiaojun Kuang과 협력하여 수행되었습니다.
