Personalizzare i film sottili di ossido per le celle a combustibile
Abbassare la temperatura di funzionamento delle celle a combustibile a ossido solido (SOFC) limiterebbe la degradazione dei materiali e abbasserebbe i costi complessivi. La sfida è quella di scoprire materiali con buone prestazioni alle basse temperature, ovvero elettrodi e elettroliti migliori. Tra i materiali catodici più promettenti ci sono quelli che conducono sia gli ioni che i convenzionali elettroni: conduttori misti ionici ed elettronici (MIEC). Un nuovo studio finanziato dall’UE sui possibili materiali ceramici MIEC ha combinato per la prima volta delle nuove tecniche sperimentali per svolgere indagini su struttura e funzione. Il progetto ENGINEERED OXIDES (“Design of new engineered oxide thin films with tailored properties”) ha portato alla pionieristica scoperta della diffusione dell’ossigeno e delle proprietà di scambio. Studi sui materiali ceramici MIEC hanno rivelato proprietà di trasporto ionico spazialmente non uniforme. Gli scienziati hanno studiato singoli cristalli e film epitassiali per ottenere informazioni sulle loro caratteristiche anisotropie. Le nuove tecniche di misurazione hanno rivelato per la prima volta l’anisotropia della diffusione dell’ossigeno a livello sperimentale in alcuni materiali catodici promettenti (persovskitici doppi). In un lavoro senza precedenti, i ricercatori hanno esaminato la dipendenza dalla temperatura della struttura superficiale atomica e della ricostruzione/rilassamento dei singoli cristalli. I modelli strutturali sono stati messi in relazione con dati sperimentali riguardanti lo strato superficiale più esterno e profili di profondità prossimi alla superficie ottenuti con altre tecniche avanzate. I ricercatori hanno effettuato misurazioni all’avanguardia delle proprietà di scambio e diffusione superficiale dell’ossigeno in film sottili combinatori formati da film con composizione spaziale differente. Non solo i risultati forniscono importanti informazioni, ma dimostrano anche la capacità di esaminare un’ampia gamma di composizioni di materiali in un singolo esperimento di deposito a film sottile. Molti ulteriori studi approfonditi della scienze delle superfici di molti materiali del catodo, sia film sottili che singoli cristalli, sono i primi nel loro genere. La conoscenza acquisita e le metodologie dimostrate nell’ambito del progetto ENGINEERED OXIDES gettano le fondamenta per lo sviluppo dei SOFC ad alte prestazioni e bassi costi di domani. Si prevede inoltre che i risultati migliorino le prestazioni di un gran numero di altri dispositivi elettrochimici di conversione energetica. Tutto considerato, gli scienziati hanno fornito un grande contributo all’evoluzione del piano dell’UE per l’energia rispettosa dell’ambiente.
