Przystosowywanie tlenkowych materiałów cienkowarstwowych pod kątem zastosowania w ogniwach paliwowych
Obniżenie temperatury roboczej ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC) pozwoliłoby ograniczyć degradację materiałów oraz obniżyć koszty ogólne. Wyzwanie polega na znalezieniu materiałów, które sprawdzają się w niższych temperaturach, tzn. lepszych elektrod i elektrolitów. Wśród najbardziej obiecujących materiałów katodowych znalazły się materiały przewodzące zarówno jony, jak i zwykłe elektrony — mieszane przewodniki jonowo-elektronowe (ang. mixed ionic and electronic conductors — MIEC). W ramach realizacji nowych, finansowanych przez UE badań nad potencjalnymi ceramicznymi przewodnikami MIEC po raz pierwszy połączone innowacyjne technologie doświadczalne, by zbadać strukturę i funkcję tych materiałów. Projekt "Design of new engineered oxide thin films with tailored properties" (ENGINEERED OXIDES) umożliwił dokonanie pionierskiego odkrycia dotyczącego właściwości dyfuzji i wymiany tlenu. Badania nad ceramicznymi przewodnikami MIEC ujawniły niejednolite przestrzennie właściwości transportu jonów. Naukowcy zbadali pojedyncze kryształy oraz warstwy epitaksjalne, aby uzyskać informacje na temat typowych dla tych materiałów anizotropii. Innowacyjne techniki pomiarowe po raz pierwszy ujawniły w ramach doświadczeń anizotropię dyfuzji węgla w pewnych obiecujących materiałach katodowych (podwójne perowskity). W ramach pionierskich prac naukowcy badali zależność temperaturową struktury powierzchni atomowej oraz przeprowadzali rekonstrukcję/relaksację pojedynczych kryształów. Modele strukturalne powiązano z danymi doświadczalnymi dotyczącymi najbardziej zewnętrznej warstwy powierzchniowej, a przy użyciu innych zaawansowanych technik uzyskano przypowierzchniowe profile głębokościowe. Naukowcy przeprowadzili przełomowe pomiary powierzchniowej wymiany tlenu oraz właściwości dyfuzyjnych w kombinowanych materiałach cienkowarstwowych złożonych z warstw o różnym składzie przestrzennym. Wyniki nie tylko będą źródłem ważnych informacji, ale dowiodą również, jak wiele może przynieść badanie różnorodnych składów materiałowych w ramach jednego doświadczenia związanego z osadzaniem materiałów cienkowarstwowych. Wiele dodatkowych szczegółowych badań z zakresu chemii powierzchni różnego rodzaju materiałów katodowych, zarówno cienkowarstwowych jak i w postaci pojedynczych kryształów, również stanowi pierwsze tego rodzaju badania. Uzyskana wiedza oraz metody zaprezentowane w ramach projektu ENGINEERED OXIDES stanowią podwaliny pod opracowanie wysokowydajnych, tanich ogniw SOFC przyszłości. Według oczekiwań wyniki projektu mają również zwiększyć wydajność wielu innych urządzeń do elektrochemicznego przetwarzania energii. Naukowcy znacząco przyczynili się do realizacji europejskiego planu rozwoju energetyki ekologicznej.
