Illustration for TEMOC and ECoProbe

Brændselsceller og elektrolyseceller skal studeres, mens de degraderer

mandag 13 okt 14

Kontakt

Søren Bredmose Simonsen
Seniorforsker
DTU Energi
20 12 06 11

Kontakt

Christodoulos Chatzichristodoulou
Seniorforsker
DTU Energi
46 77 58 93

Partner i TEMOC

  • DTU Energikonvertering, DK
  • DTU Center for Elektronnanoskopi, DK
  • Nagoya University, Japan

Partnere i ECoProbe

  • DTU Energikonvertering, DK
  • Stanford University, Materials Science and Engineering, USA
  • SLAC National Accelerator Laboratory, USA
  • Oak Ridge National Laboratory, Center for Nanophase Materials Science, USA
  • Paramount Sensors, USA
  • Haldor Topsøe A/S, DK
Forskere på DTU vil ved hjælp af avancerede teknikker undersøge nedbrydningsprocesserne i brændsels- og elektrolyseceller helt ned på nanoskala, mens de finder sted, så der kan laves modforanstaltninger.

Keramiske brændselsceller (SOFC) og elektrolyseceller (SOEC) kan omdanne kemisk energi til elektricitet og tilbage igen på en effektiv og miljøvenlig måde, og de to teknologier ventes at få en vigtig rolle i fremtidens energiinfrastruktur. Begge teknologier kæmper dog med høje produktionsomkostninger og for korte levetider.

For at søge at løse disse problemer har Det Frie Forskningsråd bevilget 8,9 mio. kr. til to individuelle, men komplementære forskningsprojekter på DTU Energikonvertering: ”In situ transmission electron microscopy on operating electrochemical cells” (TEMOC) og “Visualizing energy conversion pathways” (ECoProbe).

"Gennem TEMOC forsøger vi at se processerne live, mens de rent faktisk sker, og det er ikke gjort før"
Postdoc ved DTU Energikonvertering, Søren Bredmose Simonsen

To individuelle projekter

Gennem TEMOC og ECoProbe vil forskerne på forskellige måder benytte den nyeste forskning og en række avancerede eksperimentelle teknikker til at iagttage nedbrydningsprocesserne i cellerne, mens de er i drift under forskellige praktisk relevante driftsbetingelser såsom høje driftstemperaturer og med faktiske brændselsgasser til den negative elektrode og ilt eller atmosfærisk luft til den positive.

"Gennem TEMOC forsøger vi at se processerne live, mens de rent faktisk sker, og det er ikke gjort før", siger postdoc ved DTU Energikonvertering, Søren Bredmose Simonsen.

Indtil nu har forskere været begrænset til at analysere nedbrydningsprocesser, når en test var slut. Først da kunne slidte og skadede celler blive skilt ad og nærstuderet i mikroskoper for at vurdere skadernes omfang.

"Studier på celleniveau har stort set været begrænset til, at man efter testen pillede cellen fra hinanden og efterfølgende kom med et kvalificeret gæt på, hvad der kunne være sket hvor og hvornår i den aktive celle. TEMOC og ECoProbe gør det muligt at se mikrostrukturelle og kompositoriske ændringer inde i cellen helt ned på nanoniveau, mens de sker, hvilket giver os viden om, hvorfor de sker", siger lektor Luise Theil Kuhn.

Præcis forståelse af, hvad der sker hvor og hvornår i nedbrydningsprocesserne i en celle, vil gøre det muligt at lave modforanstaltninger, hvilket igen vil føre til bedre celledesign og mindre nedbrydning.

"Man kan undre sig over, hvorfor det ikke er blevet gjort før, fordi det virker så indlysende. Svaret er, at vi ikke har haft de rette teknikker og udstyr. DTU Energikonvertering har forsket i brændselsceller i mange år og i den proces har vi udviklet prototypeudstyr og nye teknikker, som kan bruges nu, "siger professor ved DTU Energikonvertering, Mogens Mogensen.

Nyt udstyr gør det muligt

Det er den nyeste teknologiske udvikling inden for Transmission Electron Microscopy (TEM), Scanning Probe Mikroskopi (SPM) og synkrotron-baseret røntgen-fotoelektronspektroskopi (XPS), der nu har åbnet vejen til observation af celler, mens de er i drift. DTU Energikonvertering har af samme grund indgået samarbejde med japanske forskere fra Nagoya Universitetet og forskere fra Oak Ridge National Laboratory og Stanford University i USA for at træde de nye stier inden for in operando studier af SOFC og SOEC.

TEMOC skal udvikle nye mikro-brændselscellesystemer, der gør det muligt at undersøge nanoskala-processer og lokalisere svage punkter, mens de udvikler sig. ECoProbe til opgave at undersøge ændringerne i de elektriske egenskaber på nanoskala og at udvikle endnu mere følsomme prober for højtemperatur- scanningprobe-mikroskopi, så målingerne bliver mere præcise.

”ECoProbe vil gøre det muligt at visualisere fordelingen af ​​ elektrokemiske reaktioner på elektoderne. Det vil gøre det muligt at indsamle data, mens testen kører," fortæller postdoc Christodoulos Chatzichristodoulou, DTU.

TEMOC og ECoProbe forventes begge at være færdige i 2017.

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.