Bir Yakıt Hücresine Oksijen Nasıl Girer?

Bir yakıt hücresinin çalışması için oksitleyici bir ajan gerekir. Bilim insanları, oksijenin yakıt
hücrelerine etkin bir şekilde neden giremediğini açıklayan bir yol buldu.
Yakıt hücrelerinde, elektrik üretmek ve su oluşturmak için gerekli oksijen ve hidrojen
kombinasyonu gibi basit bir kimyasal reaksiyon gerçekleşmektedir. Fakat, seramik yakıt
hücrelerini yaparken en iyi malzeme olarak hangi malzemenin kullanılacağı sorusu basit
değildir. Maksimum verimlilik gerektiren bu kimyasal reaksiyon için bir katalizör olarak
özellikleri değişmeyen oldukça dayanıklı yeni malzemeler gerekmektedir.
Bu gereksinimleri karşılayabilen malzemeleri geliştirme yönündeki daha önce yapılan
çalışmalar, büyük ölçüde deneme-yanılma üzerine kurulmuştur. Bununla birlikte, TU
Wien’deki ekip, yakıt hücrelerinin yüzeyine hedeflenerek atomik ölçekte değişikliklerin
yapılması ve ölçümlerin aynı anda alınması için bugünlerde yeni bir yol bulmayı başardılar.
Sonuç olarak, stronsiyum atomlarının problemli olmasının nedenleri ve kobaltın bir yakıt
hücresinde yararlı olabilmesi de dahil olmak üzere, bu önemli olayların açıklanması ilk kez
mümkün olmuştur.
Oksijen Kaynağı Tıkanıklığı
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.
Katodda, yakıt hücresinin pozitif ucundaki oksijen, yakıt hücresi malzemesine havadan
aktarılır. Elektrikle yüklü oksijen iyonları daha sonra materyal boyunca dolaşarak yakıt
(örneğin negatif yüklü taraftaki anotta hidrojen) ile reaksiyona girmek zorunda kalır.
TU Wien Kimya Teknolojileri ve Analitik Enstitüsü’nden Profesör Jürgen Fleig’in
liderliğindeki araştırma grubundan , “Bu sürecin içerisindeki engel, katoda oksijenin girmesi
işlemidir.” şeklinde açıklıyor. Profesör Andreas Limbeck başkanlığında aynı enstitüde
bulunan ekip de bu araştırma projesinde yer aldı.
Yakıt hücreleri, oksijenin yeterince hızlı bir şekilde hücreye girmesini sağlamak için, 700 ile
1000 °C arasında aşırı yüksek sıcaklığa sahip bir ortamda çalıştırılmalıdır. Araştırmacılar,
çalışma sıcaklığının düşmesine izin verecek daha iyi katot malzemeleri bulmak için uzun
süreden beri çalışmaktadırlar. Githlain Rupp, “Lantan stronsiyum kobaltit veya kısaca LSC
de dahil olmak üzere, özellikle ilgi çekici bazı iyi bilinen seçenekler var.” diye açıklıyor. Bu
davadaki en büyük sorun, bu malzemelerin uzun süre istikrarlı kalamamasıdır. Aktivitenin
ve yakıt hücresi performansının daima düştüğü bir nokta bulunmaktadır. Bu düşüşün kesin
sebebini tahmin etmek şimdiye kadar ancak mümkün olmuştur.
Hedeflenen Yüzey Değişiklikleri
Şüphe yoktur ki, oksijenin yakıt hücresine girmeden önce katot yüzeyinde nereye
yerleşeceğinin belirlenmesinin hayati bir rolü bulunmaktadır. Bunu göz önünde
bulundurarak TU Wien’de ekip, yakıt hücresinin elektriksel özellikleri üzerindeki etkilerinin
belirlenmesini ve aynı zamanda ölçümlerin yapılmasına olanak sağlayan, yüzeyde hedef
değişiklikleri yapma yöntemini geliştirdi.
Rupp, “Çeşitli materyalleri buharlaştırmak için lazer darbesi kullanıyoruz ve daha sonra
yüzeyde küçük hacimler birikiyor. Bu, katot yüzeyinin bileşimini küçük ve hassas dozlarda
değiştirmemizi sağlarken; aynı zamanda sistemin direncinin nasıl etkilendiğini izlememize
de olanak sağlıyor.” dedi.
Aşırı Stronsiyumun Zararlı Etkisi
Bu şekilde, yüzeyde büyük miktarda stronsiyum içeren materyallerin zararlı bir etkiye sahip
olduğunu gösterebildik: “Eğer yüzeyde çok fazla stronsiyum atomu varsa, oksijen hücreye
etkili bir şekilde girmemiş demektir. Oksijen katot yüzeyi tarafından çokta eşit olmayan bir
şekilde alınır. Örneğin, kobalt atomlarının bulunduğu bazı tercihli noktalarda, oksijen etkin
bir şekilde birleştirilir. Ancak, stronsiyumun hakim olduğu noktalarda katoda neredeyse hiç
oksijen giremez. ” diyor Rupp. Bu aynı zamanda, yakıt hücrelerinin zamanla bozulmasını da
açıklamaktadır; çünkü materyalin içindeki stronsiyum yüzeye göç eder ve sonuçta havayı
yakıt hücresinden uzak tutarak, herhangi bir aktif kobalt birikimini de önler.
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.
Bu bulgular, oksijenin temelde LSC gibi materyallere nasıl eklendiği ve yakıt hücrelerinin
bozulmasına neden olan işlemler hakkında önemli bilgiler sağlamaktadır. Rupp, “Bu
araştırma, yakıt hücresi malzemesi olarak LSC’nin teknik kullanımı için büyük bir adım attı.
Dahası, ultra hassas kaplamayı elektriksel ölçüm ile birleştiren yeni araştırma yöntemimizin,
katı iyonik alanlardaki diğer önemli uygulamalara da erişeceğinden eminiz. ” dedi.
Kaynak: sciencedaily.com
Yorumlar
İnovatif Kimya Dergisi kaynak gösterilmeden paylaşılamaz.