2019年7月22日
科学家在日本开发了模拟,可以提供新的看法的反应发生在固态氧化物燃料电池用电极的活性部位的实际量子模型基于显微镜观测的初步观点。
原子的初始位置在这个计算机模型的固态氧化物燃料电池是基于观测的实际使用电子显微镜原子组态。模拟使用这个模型显示一个以前未报告的反应(红色路径),一个氧分子的yttria-stabilized氧化锆层(红色和浅蓝色球层)移动通过散装镍层(深蓝色)之前形成镍表面的哦。(图片来源:Michihisa小山,九州大学)
这更好的洞察力可以提供提示的方式在未来的设备提高耐用性和性能。非常有前途的一代的清洁高效电力、固态氧化物燃料电池产生电能通过电化学反应的燃料与空气。他们已经开始进入日本各地住宅和办公楼。
在一个标准的燃料电池,氧分子的一侧燃料电池第一次收到电子和氧化分解成离子。然后,氧化物离子穿过电解质的另一端设备,与燃料和排放反应他们的额外的电子。这些电子通过外部电线回到开始,完成电路和驱动任何连接到电线。
虽然这一普遍的反应是众所周知的和相对简单,过程限制的总体率的反应步骤仍存在争议的复杂结构电极通常是多孔材料而不是基本平surfaces-hamper调查发生在原子水平的。欧洲杯足球竞彩
自综合知识的反应发生在另外的设备是至关重要的改善燃料电池的耐用性和性能,所面临的挑战是理解如何微观结构式的安排原子在各种interfaces-influence反应。
计算机模拟预测和理解反应发挥了强大的作用,我们不能轻易观察到在原子或分子尺度。然而,大多数研究认为简化结构来降低计算成本,而这些系统无法复制发生在现实世界中复杂的结构和行为。
Michihisa小山,团队领导,INAMORI前沿研究中心,九州大学
小山的团队集中在克服这些不足通过应用与改进的参数模拟现实的模型的主要接口基于显微观察的真实位置的原子在电极的活性部位。
利用的力量九州大学Ultramicroscopy的研究中心,科学家们精心研究了薄片的原子结构的燃料电池使用原子水平电子显微镜。基于这些考试,然后科学家重新创建计算机模型相同的原子结构为两个示范安排检查。
在这些计算机生成的氧和氢燃料电池之间的反应被复制技术反应力场分子动力学,包括应用一组参数来估计甚至原子将如何互动和化学反击——通过彼此,没有进入总严格的量子化学计算的复杂性。
在这里,科学家们使用增强的参数制定与Yoshitaka Umeno集团在东京大学。
研究的结果无数各种模型系统的模拟运行,科学家们了解到首选的反应更容易发生在较小的孔隙大小的层。
此外,他们发现了一个新的反应途径中氧气穿过大部分层的方式可能降低耐久性和性能。因此,策略来防止这种潜在的反应路线道路应该被认为是科学家工程师更好的燃料电池工作。
这些见解,我们只能通过观察真实世界的系统。在未来,我希望看到更多的人使用真实世界的原子结构重建从显微镜观察模拟来理解现象的基础,我们不能轻易地在实验室测量和观察。
Michihisa小山,团队领导,INAMORI前沿研究中心,九州大学
来源:http://www.kyushu-u.ac.jp/