Yeni araştırmalar, iyon ileten yakıt hücresi malzemelerinin kafes şeklindeki bozulmasının özellikle önemli olduğunu gösteriyor!
İyon iletimi, iyonların bir madde içinde bir yerden diğerine hareketini ifade eder. İyon geçişi Nokta kusurları , Nokta kusuru: Atomların düzensiz olarak düzenlendiği bir fenomen Atomların hizalandığı duruma denir Kafes . Bu yavaş süreç bazen yakıt hücrelerinin, pillerin ve diğer enerji depolama teknolojilerinin performansını ve verimliliğini sınırlar. Katı malzemelerin hangi temel özelliklerinin bu uygulamaları iyileştirmede kritik olduğunu belirlemeden önce, araştırmacılar iyon iletimini kontrol eden faktörleri daha iyi anlamalıdır. Bu bilginin peşinde, ABD Enerji Bakanlığı'nın Oak Ridge Ulusal Laboratuvarı'ndaki (ORNL) multidisipliner bir ekip, işlemek ve analiz etmek için bir hesaplama çerçevesi geliştirdi. İyon iletken katı Büyük veri kümelerinin.
Araştırmacılar bir Farklı bileşimlere sahip 80'den fazla perovskit malzeme Veri seti, esas olarak iyi olanları belirlemeye ve optimize etmeye odaklanmıştır. Proton iletkenliği s malzeme. Bu yeni malzemeler, daha güvenilir ve verimli proton ileten katı oksit yakıt hücreleri üretebilir: kimyasalları pratik amaçlar için (arabalara güç vermek gibi) elektrik enerjisine dönüştürebilen bir enerji depolama cihazı. "Fiziksel Kimya ve Malzeme Kimyası" dergisinde.
(Daire kartı buraya eklendi, lütfen görüntülemek için Toutiao istemcisine gidin)ORNL Nanomaterials Science Center (CNMS) baş araştırmacısı Panchapakesan Ganesh, şunları söyledi: Daha iyisini arıyoruz İyon iletken malzeme , Çünkü yakıt pillerinde veya bataryalarda kullanılan herhangi bir katı elektrolitte iyonlar ne kadar hızlı hareket ederse, cihazın çalışma verimliliği o kadar yüksek olur.
- Şekil, kafes distorsiyonunun ve proton bağlama enerjisinin farklı ortamlarda proton iletimi üzerindeki etkilerini göstermektedir. Bu etkileşimin hafifletilmesi, araştırmacıların katı malzemelerin iyonik iletkenliğini artırmasına yardımcı olabilir. Resim: ABD Enerji Bakanlığı
Şimdi, bu malzemenin geliştirilmesi için yeni tasarım ilkeleri önermemize yardımcı olacak bir anlayışa sahibiz. Araştırma ekibinin araştırma materyalleri şunları içerir: Bilinen en hızlı proton iletkeni , Zirkonyumun (Zr) itriyum (Y) ile değiştirilmesiyle oluşturulan geliştirilmiş bir kompozit baryum zirkonyum (BaZrO3) türü. Yttrium, proton ilavesini desteklemek için bileşiğin toplam yükünü azaltan bir elementtir. Bu davranışı sergileyen unsurlara alıcı katkı maddeleri adı verilir ve söz konusu malzemeye genellikle Ytterbiyum katkılı BaZrO3 veya Y-BZO adı verilir. Titan yoksa Süper bilgisayar Perovskite veri kümesinden bu kadar çok adayı kısa sürede sistematik olarak taramak imkansızdır. Titan, Oak Ridge Liderlik Hesaplama Tesisi'nde (OLCF) bulunan Cray XK7 süper bilgisayarıdır.
Birden fazla kod ve wraprun adı verilen bir hesaplama aracı kullanan OLCF personeli, ekibin Titan mimarisi için optimize edilmiş otomatik bir iş akışı geliştirmesine yardımcı oldu. Ganesh şunları söyledi: Titan'da aynı anda binlerce çekirdek kullanmamıza izin veren oldukça ölçeklenebilir bir iş akışı oluşturmak için OLCF personeli ile yakın bir şekilde çalıştık. Bu simülasyonlar ortaya koyuyor Kafes distorsiyonu ve proton bağlama enerjisi (Protonu perovskit materyalinden ayırmak için gereken enerji) protonu daha ağır ve daha yavaş hale getirebilir. Protonların en iyi iletimini engelleyin . Bu keşif, araştırmacıların mevcut malzemeleri tanımlamalarına ve Y-BZO ile rekabet edebilecek yeni malzemeler geliştirmelerine yardımcı olur Mobil iyonların bağlanması ve kafes distorsiyonu, iyon iletiminin en önemli faktörlerinden biridir.
Bu bağlantıyı anlamak, seçici olarak yapabileceğimiz anlamına gelir İyonik iletkenlik için tasarlandı Daha iyi sağlam malzemeler. Bu sonuçların enerji uygulamalarına yönelik pratik faydalarına ek olarak, ekibin yeni bulguları ayrıca bilimsel kavramlara ilişkin temel bilgiler sağlar. Mevcut malzemelerdeki proton iletimini neyin sınırladığını anlama sürecinde, bazılarını keşfetmeyi umuyorum. Yeni fiziksel fenomen , Bunların hepsi temelde yatan atomik mekanizma ile ilgilidir. Hesaplama sonuçlarını doğrulamak için araştırma ekibi üyeleri, darbeli lazer biriktirme, taramalı transmisyon elektron mikroskobu, zamanla çözümlenmiş Kelvin prob kuvvet mikroskobu, CNMS atom prob tomografi teknolojisi ve spallasyon nötron kaynağı (SNS) dahil olmak üzere bir dizi tamamlayıcı deney gerçekleştirdi. Nötron saçılması.
CNMS, SNS ve OLCF, ORNL'de bulunan Enerji Bakanlığı Kullanıcı Tesisleri Ofisi'dir.Araştırmacılar araştırmanın kapsamını değiştirmeyi planlıyor Protonların ve perovskitlerin ötesine geçin Diğer malzeme türlerinde hareketli iyonların davranışını incelemek. Gelecekteki keşifler, diğer yakıt hücresi türlerinin ve lityum iyon pillerin performansını artırabilir. Katkılı perovskitleri incelemek için kullanılan hesaplama çerçevesi, diğer kristalin inorganik katı türlerine de uygulanabilir ve bu büyük kusurlu veri kümesinin kullanılabilirliği, ORNLnin malzeme keşfini hızlandırmak için gelişmiş yapay zeka teknolojilerindeki uzmanlığını kullanmamıza olanak tanır.
Sol alt köşede [Daha fazla bilgi] Boke Garden uygulamasını indirin
