Simon Pitscheider ved sit ph.d.-forsvar

Ph.d.-forsvar: Når man forstår, hvad der sker på overfladen af en brændsels- eller elektrolysecelle, kan man forbedre den

tirsdag 10 jul 18

Ph.d.-forsvar

Simon Pitscheider forsvarede 28. juni afhandlingen In-operando spatially resolved probing of solid oxide electrolysis/fuel cells. Ph.d.-projektet var en del af ECOProbe, der er støttet af Den Frie Forskningsfond.

Hovedvejleder: Seniorforsker Christodoulos Chatzichristodoulou.

Medvejledere: Seniorforsker Karin Vels Hansen, lektor Johan Hjelm fra DTU Energi og Assistant Professor William C. Chueh, Stanford University

Simon Pitscheider har netop forsvaret sit ph.d.-projekt. Han var del af et forskerhold på DTU Energi, der som de første har formået at måle overfladereaktionerne i en brændsels- eller elektrolysecelle. Dette er et vigtigt skridt mod at forstå tabsmekanismerne i cellerne.

Brændselsceller og elektrolyseceller minder meget om hinanden. I brændselsceller fremstilles elektricitet ved at brint (H2) reagerer med ilt (O2), under dannelse af vand (H2O). Og i elektrolyseceller forløber den omvendte proces, hvor vand spaltes til brint og ilt ved hjælp af elektricitet. Elektrolyse kan derfor bruges til at gemme overskudsstrømmen fra solceller og vindmøller i kemiske forbindelser som brint, mens brændselscellerne kan konvertere den kemiske energi tilbage til elektricitet, når man har brug for den. Der findes flere forskellige typer celler. En af de mest lovende er de keramiske celler (solid oxide cells) som ikke bare kan omsætte brint, men også CO til CO2 og omvendt.

Effektiviteten af sådanne elektrokemiske celler afhænger meget af de kemiske delprocesser, der sker i dem. Man har forsket i cellerne i årtier, og det har været kendt lige så længe, at det i praksis kræver mere energi at splitte et iltmolekyle ad i to iltioner (O2 → 2 O2–) end forventeligt. Det kaldes overpotentiale, når det kræver mere energi at få en reaktion til at forløbe, end hvad der i termodynamisk henseende forventes.

Ingen har helt vidst hvorfor disse overpotentialer optræder i cellerne, selv om der er lavet mange videnskabelige teorier til at forklare dem. Nu har Simon Pitscheider og hans forskerkolleger på DTU Energi som de første formået at måle overfladereaktionerne på en keramisk celle, hvilket er et vigtigt skridt mod at forstå, hvorfor processerne kræver mere energi.

Målemetoderne og processen beskrives i Simon Pitscheiders afhandling In-operando spatially resolved probing of solid oxide electrolysis/fuel cells, som Simon netop har forsvaret.

“Min afhandling drejer sig ikke om at finde de bedste metoder eller materialer til brændsels- og elektrolyseceller, men om at finde teknikker, så vi bliver bedre til at forstå, hvad der sker på overfladen af cellerne. For når vi kan måle på processerne, bliver vi i stand til bedre at forstå overfladekemien, og dermed kan vi måske forbedre den”, fortæller Simon.

Simon Pitscheider

De vigtigste kemiske processer i en brændselscelle eller elektrolysecelle sker ved overfladen af elektroderne. Overfladereaktionerne er komplicerede, fordi de blandt andet påvirkes af gasmolekyler som sætter sig på overfladen. Det betyder at der er en elektrokemisk forskel mellem overfladens egenskaber og selve elektrodematerialets egenskaber. Det overpotentiale man kan måle på materialet, gælder derfor ikke på overfladen, hvor der er et andet elektrokemisk potentiale, det såkaldte overfladepotentiale. Og for første gang har Simon nu kunnet måle forskellen mellem overpotentialet og overfladepotentialet af en elektrode og dermed identificere en sammenhæng mellem materialets og cellens egenskaber.

“Vi brugte synkrotronstråling til at beskyde elektrodens overflade med røntgenstråler. Dette løsriver elektroner fra overfladen og giver viden om cellens overfladekemi. Ved at udføre eksperimentet i en gasfyldt atmosfære, så vi kunne se, hvordan elektronernes energi ændrede sig i hhv. overfladen og i gassen, når overpotentialet ændres. Ved at sammenligne disse målinger kunne vi finde overfladepotentialet”, fortæller Simon.

Resultaterne kan bruges til at forstå, hvordan især ilt reagerer på elektroderne i en brændsels- eller elektrolysecelle, og hvorfor nogle materialer virker bedre end andre. Der er stadig et stykke vej, før hele processen er forklaret, men Simons arbejde har bragt forskerne et langt stykke ad vejen.

Simon Pitscheider er italiener og er oprindeligt uddannet som ingeniør inden for materialevidenskab. Han tog sin master i brændselscellematerialer ved firmaet Bosch i Tyskland, hvor han blev ekspert i syntese af materialer. Feltet var så interessant, at han fortsatte til DTU Energi, der er blandt de førende inden for keramiske brændsels- og elektrolyseceller.

“Nu er jeg færdig med min ph.d., og selv om det kunne være spændende at fortsætte med forskning i netop dette område, så har jeg fået tilbudt en postdoc-stilling på DTU Energi, hvor jeg skal kigge på elektrokemien i væsker. Det er også et utroligt spændende område”, siger Simon.

 

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.