top of page

Japonya'da Oda Sıcaklığında İletken Katı Elektrolit Keşfi

Güncelleme tarihi: 19 Oca


Yeni malzeme ve titanyumdan yapılmış bir katı hal yakıt hücresinin şeması. Galvanostatik deşarj reaksiyonunun sonucu, Ti elektrotun x ≥ 0,2 için TiH2'ye tamamen hidrojenlendiğini göstermiştir. Kaynak: RIKEN Öncü Araştırma Kümesi
Yeni malzeme ve titanyumdan yapılmış bir katı hal yakıt hücresinin şeması. Galvanostatik deşarj reaksiyonunun sonucu, Ti elektrotun x ≥ 0,2 için TiH2'ye tamamen hidrojenlendiğini göstermiştir. Kaynak: RIKEN Öncü Araştırma Kümesi

Japonya'daki araştırmacılar, son zamanlarda oda sıcaklığında hidrür iyonlarını (H−) iletebilen bir katı elektrolit geliştirdiler. Bu, hidrojen bazlı piller ve yakıt hücrelerinin verimliliğini, enerji yoğunluğunu ve pratik kullanımını artırma konusunda yeni olanaklar sunarak, hidrojenle çalışan enerji ekonomisini geliştirmeye yönelik bir adım olarak değerlendiriliyor.


RIKEN Öncü Araştırma Kümesi'nden Genki Kobayashi liderliğindeki bilim insanları, en son yapılan bu çalışmanın, hidrojen bazlı katı hal pilleri ve yakıt hücrelerinin avantajlarının pratik olarak ulaşılabilir olduğunu gösterdiğini iddia ediyorlar. Araştırma, geçen ay Advanced Energy Materials bilimsel dergisinde yayımlandı.



Kobayashi, "Bekleme süresi sona erdi. Gerçek bir kilometre taşına ulaştık," diyor. "Sonuçlarımız, oda sıcaklığında hidrür iyon iletken bir katı elektrolitin ilk kez gösterilmesidir."

Ekip, hidrojenin oldukça kolayca salınabildiği ve yakalanabildiği lantan hidrürleri (LaH3-δ) ile deney yapmıştı ve hidrür iyon iletiminin çok yüksek olduğunu belirtiyor. Ancak oda sıcaklığında, lantan ile birleşmiş hidrojen sayısı 2 ile 3 arasında dalgalanır, bu da verimli bir iletimin mümkün olmadığı anlamına gelir.

Şekil 1 H-iletkenliğinin sıcaklığa bağımlılığı ve eklenen Sr miktarının bir fonksiyonu olarak aktivasyon enerjisindeki değişim.  AC empedans ölçümleri, üstte ve altta hidrojen engelleyici elektrot olarak püskürtülmüş (film eklenmiş) Pt (Pt) ile peletlenmiş Sr-katkılı LaH3-δ üzerinde gerçekleştirildi H-iletkenliği mutlak sıcaklığın tersine karşı çizildi H-iletkenliğinin aktivasyon enerjisi, grafiklerin eğiminden hesaplandı.
H-iletkenliğinin sıcaklığa bağımlılığı ve eklenen Sr miktarının bir fonksiyonu olarak aktivasyon enerjisindeki değişim. AC empedans ölçümleri, üstte ve altta hidrojen engelleyici elektrot olarak püskürtülmüş (film eklenmiş) Pt (Pt) ile peletlenmiş Sr-katkılı LaH3-δ üzerinde gerçekleştirildi H-iletkenliği mutlak sıcaklığın tersine karşı çizildi H-iletkenliğinin aktivasyon enerjisi, grafiklerin eğiminden hesaplandı.

Araştırmacılara göre, bu sınırlama, 'hidrojen non-stoikiyometrisi' olarak adlandırılır ve bu yeni çalışmada aşılan en büyük engeldi. Lantanın bir kısmını stronsiyum (Sr) ile değiştirip az miktarda oksijen eklediklerinde, temel formülü La1-xSrxH3-x-2yOy olan sonuçları elde etmişler.


Ekip, malzemenin kristalin örneklerini bilye öğütme ve ardından kontrollü ısıtma süreci olan 'annealing' yöntemiyle hazırladı. Oda sıcaklığında örnekleri incelediklerinde, hidrür iyonlarını yüksek bir hızda iletebildiklerini gördüler.


Şekil 2 Elektrolit olarak Sr-katkılı LaH3-δ içeren bir elektrokimyasal hücre kullanılarak yapılan sabit akım deşarj ölçümleri.  (Solda) H- sağlayan pozitif elektrot olarak LaH3-δ ve H- kabul eden negatif elektrot olarak Ti ile kullanılan tamamen katı hal elektrokimyasal hücrenin şematik diyagramı. (Sağda) Deşarjdan önce ve sonra anot Ti'nin toz X-ışını kırınım diyagramları. Deşarjdan önce sadece üçgenle gösterilen Ti piki mevcuttur. Deşarjdan sonra Ti piki kaybolur ve sadece daire ile gösterilen titanyum hidrit TiH2 piki mevcuttur. Ti'nin öngörülen elektrokimyasal hidrojenasyonunun, Sr-katkılı LaH3-δ'nın katı bir elektrolit olarak işlev görmesine izin verecek kadar gelişmiş olduğu açıktır.
Elektrolit olarak Sr-katkılı LaH3-δ içeren bir elektrokimyasal hücre kullanılarak yapılan sabit akım deşarj ölçümleri. (Solda) H- sağlayan pozitif elektrot olarak LaH3-δ ve H- kabul eden negatif elektrot olarak Ti ile kullanılan tamamen katı hal elektrokimyasal hücrenin şematik diyagramı. (Sağda) Deşarjdan önce ve sonra anot Ti'nin toz X-ışını kırınım diyagramları. Deşarjdan önce sadece üçgenle gösterilen Ti piki mevcuttur. Deşarjdan sonra Ti piki kaybolur ve sadece daire ile gösterilen titanyum hidrit TiH2 piki mevcuttur. Ti'nin öngörülen elektrokimyasal hidrojenasyonunun, Sr-katkılı LaH3-δ'nın katı bir elektrolit olarak işlev görmesine izin verecek kadar gelişmiş olduğu açıktır.






Comments


bottom of page