Wiedza prowadzi do optymalizacji
Ogniwa paliwowe to urządzenia do konwersji elektrochemicznej, które wykorzystują różne paliwa i wytwarzają nieszkodliwe produkty uboczne, takie jak ciepło i woda. Podobnie jak akumulatory, przekształcają one energię chemiczną bezpośrednio w energię elektryczną bez procesu spalania i niepożądanych emisji napędzających zmiany klimatyczne. Stąd ogniwa paliwowe należą do filarów unijnego programu na rzecz alternatywnych źródeł energii. Głównymi komponentami ogniwa paliwowego są dwie elektrody (anoda i katoda) oraz elektrolit lub środek przewodzący jony znajdujący się między elektrodami. Bogate w wodór paliwo uczestniczy w reakcji chemicznej na anodzie, w wyniku czego powstają elektrony i jony. Elektrony kierowane są przez zewnętrzny obwód do katody, a jony przechodzą przez elektrolit, wchodząc w reakcję z tlenem na katodzie. Typ ogniwa paliwowego zależy przede wszystkim od rodzaju elektrolitu. Ogniwa paliwowe z zestalonym elektrolitem tlenkowym (SOFC), jak sama nazwa wskazuje, wykorzystują elektrolit w stanie stałym. SOFC to jedna z najbardziej obiecujących technologii ogniw paliwowych, ale ich optymalizacja wymaga zwiększenia przewodnictwa elektrolitu składającego się z jonów wodoru (protonów) (H+) oraz jonów tlenu (O2-). Zespół naukowców z UE biorących udział w projekcie NMRSOFC zastosował spektroskopię metodą magnetycznego rezonansu jądrowego (NMR), najlepszą z dostępnych technik analizy strukturalnej, aby zbadać dynamikę H+/O2- w działającym ogniwie SOFC. Szczegółowe badania NMR uszlachetnionego itrem cyrkonianu baru, materiału elektrolitycznego, wykazały, że ograniczenia transportu protonów wynikają ze zjawiska noszącego nazwę chwytania protonów (proton trapping). Podobne badania nad wodorofosforanem cezu (CsH2PO4) pozwoliły na wyjaśnienie złożonych mechanizmów transportu protonów i powiązań ze zmianami temperatur. Doświadczalne badania NMR w połączeniu z modelowaniem matematycznym umożliwiły poznanie mechanizmów wpływających na mobilność zarówno tlenu, jak i wodoru w uwodnionym cynianie(IV) baru uszlachetnionym itrem (BaSn1-xYxO3-x/2). Naukowcy opublikowali również ważne artykuły opisujące metodę zwiększania rozdzielczości spektroskopii NMR. SOFC są ważnym elementem unijnych programów na rzecz alternatywnych źródeł energii wobec paliw kopalnych. Ogniwa te są wysoce wydajne, ciche i bezemisyjne, i mogą wykorzystywać wiele różnych paliw bogatych w wodór. Uczestniczący w projekcie NMRSOFC naukowcy wnieśli istotny wkład w optymalizację ogniw SOFC dzięki scharakteryzowaniu transportu jonów w obiecujących elektrolitach z zestalonym tlenkiem, które powinny ułatwić powszechne wprowadzenie na rynek tej technologii.
