每天,世界各地的研究人员开发新技术开启一个无碳能源的未来。
努力开发新材料的重要组成部分与高级属性使这些技术更灵活、高效和可靠。欧洲杯足球竞彩
在过去的十年里,就像硅微晶片的发明彻底改变了电子、水晶矿物称为钙钛矿帮助研究人员发现新的,创新的电子产品和能源技术。
钙钛矿并不是什么新发明。在1800年代发现,钙钛矿,是指一类具有相同的晶体结构,材料已经使用几十年来在传感器和激光等技术。欧洲杯足球竞彩
创新的淘金热
最近,更深入地理解钙钛矿的化学结构和性能已经导致了一种创新的淘金热。
从1999年开始,研究人员发现,一些钙钛矿可以用来将光转化为电能。这引发了创新可能很快导致高效,负担得起的太阳能电池板。
现在,在爱达荷州国家实验室,研究人员使用不同的能量应用程序:钙钛矿将燃料转化为电能或产生有价值的化学物质如乙烯、氢气或氨。
董叮,一个杰出的员工INL工程师/科学家使用钙钛矿构造质子的陶瓷电化学电池(PCECs)。电化电池类似于一个电池,从化学反应产生电力或电力使用的化学反应。
丁和他的同事们开发了PCECs,将多余的电力和水转换成氢,或者他们可以反过来将氢气转化为电能。电化学细胞最终可能被用于电网电力存储。也可以使用这些细胞产生的氢燃料,汽车,化工生产或其他应用程序。
丁还利用钙钛矿的电化电池容易将气态的二氧化碳转化为有价值的化合物:一氧化碳和甲烷。这些化合物是重要的前体为任意数量的工业过程或产品,尤其是合成气,可以用来降低美国对化石燃料的依赖。
降低成本的同时保持性能
钙钛矿降低成本,同时保持相同或相似的反应活动。
这是因为这两种类型的电化学电池使用钙钛矿在电解质和电极,使细胞都便宜,能够在广泛的温度。以前,这些组件都是采用以铂为基础的材料。欧洲杯足球竞彩
同样,Yixiao Wang INL的研究科学家,在一个版本使用钙钛矿的技术称为膜反应器。膜反应器是一种装置,利用膜选择性地添加或删除特定产品在一个化学反应。
小王和她的同事们使用钙钛矿促进化学反应,将甲烷转化为乙烯;一个有价值的化学物质作为起点合成聚合物和下游化学品。全球乙烯市场预计到2029年将达到2310亿美元。
创建自定义钙钛矿
钙钛矿可以自然发生或在一个实验室。它们有各种各样的化学安排,所有基于类似的化学公式。但它们的属性和灵活性可以相差很大。
在实验室中,研究人员可以定制钙钛矿的某些特征。
两个元素,元素A和B,钙钛矿的角落。氧原子中途沿着边撒谎。
修改通过改变A和B原子和化学结构的变化,提供一系列不同的、有用的属性。
与他人代替某些元素和钙钛矿成为更好的电导体。钙钛矿与镧和铝可用于生成特定波长的激光,例如。
金属卤化物钙钛矿是良好的半导体。其他类型的钙钛矿是磁性、超导或可以从压力或光发电。
丁的研究小组使用掺钙钛矿与特定元素A和B的位置增加质子的能力(带正电的氢原子)流过电极和电解液。这使水分解成氢气和氧气的化学反应的效率。
促进不同的反应
通过电极和电解质取代钙钛矿,丁和他的团队可以修改原来的电化电池设计执行其他类型的反应。
“如果你调整你的钙钛矿,它可以促进许多不同的电化学反应为范围广泛的应用程序,“丁说。“你改变掺杂物或掺杂的方式可以帮助制定有用,高价值的化学物质。例如,一种钙钛矿可能允许你将氮气转化为氨-;一个构建块化肥和碳中和燃料。”
在王的膜反应器,使用修改后的钙钛矿-;铝酸锶镧
(LaSrAlO4)而不是铝酸镧(LaAlO3),一个更传统的钙钛矿-;实验室的转换效率提高了约60%。
“修改后的钙钛矿导致甲基自由基的形成,这几个形成乙烯,”她说。“这些氧化物具有较大潜力用于膜反应堆因为他们表现出良好的热稳定性,高离子/电子导电性,良好的氧扩散特性,和有前景的催化性能由于其可调的作品。”
一般来说,能够创建许多不同的合成钙钛矿或perovskite-like化合物在实验室了数十名研究人员探索的新途径。
“钙钛矿给你很多选择涂料,不同元素”丁说。“他们的灵活性是他们的实力。”
来源:https://inl.gov/