Kyushu University - arrangement atomique de chercheurs japonais observé simulé réaction de pile à combustible d'oxyde solide se produit dans l'échelle microscopique, fournit une nouvelle méthode, la méthode d'observation microscopique est basée sur le point de départ spécifique, en utilisant le modèle à l'échelle atomique effectif des sites actifs sur l'électrode . Cette meilleure compréhension peut fournir des indices pour améliorer la performance future et la durabilité du dispositif.
La pile à combustible à oxyde solide dans une production d'énergie propre et efficace promettant très à produire de l'électricité par une réaction électrochimique du carburant et de l'air, et a commencé à utiliser progressivement dans les immeubles résidentiels et de bureaux dans tout le Japon.
Dans une pile à combustible typique, du côté de la pile à combustible des molécules d'oxygène et recevoir des électrons premier décomposée en ions oxydes. Puis, de l'autre côté du dispositif atteint les ions oxydes dans l'électrolyte où ils réagissent avec le combustible et la libération des électrons en excès. Ces électrons passent à travers le dos de fil externe dans l'extrémité de départ, et de compléter le circuit de quoi que ce soit connecté à l'alimentation en fil.
En dépit de cette réaction globale est bien connue et relativement simple, mais limiter le taux de réponse global des étapes de réaction reste controversée, en raison de la structure complexe de l'électrode (habituellement un matériau poreux, plutôt qu'un simple plan) un obstacle à la recherche. niveau atomique Phenomenon. Étant donné que la connaissance détaillée de l'appareil de réaction afin d'améliorer encore les performances des piles à combustible et la durabilité, il est essentiel, le défi est donc de comprendre la microstructure - comment il affecte la réaction, et cet arrangement - dans un autre arrangement atomique à l'interface.
« Simulations informatiques prédisent et de comprendre les aspects de notre réponse ne peut pas être facilement observés à l'échelle atomique ou moléculaire jouent un rôle important » dans la conduite de l'étude Inamori Frontier Research Center chef d'équipe de l'Université de Kyushu Michihisa Koyama expliqué.
« Cependant, la plupart des études ont utilisé une structure simplifiée pour réduire les coûts de calcul, et ces systèmes ne peuvent pas être reproduits dans le monde réel structure complexe et le comportement. »
Koyama groupe destiné en simulant de façon précise les paramètres du modèle réel appliqué à l'interface de clé, pour remédier à ces inconvénients l'observation microscopique sur la base de la position réelle de l'électrode au niveau des atomes du site actif.
Profitez du centre de recherche ultra-microscopique de l'Université de Kyushu, les chercheurs ont utilisé un microscope électronique résolution atomique a soigneusement observé la structure atomique de la feuille de pile à combustible. Sur la base de ces observations, les chercheurs ont ensuite reconstruit le modèle d'ordinateur ayant la même structure atomique, ils sont disposés pour deux représentant a fait observer.
La réaction entre l'hydrogène et de l'oxygène et puis de simuler procédé de dynamique moléculaire de pile à combustible virtuel est appelé le champ de force de réaction, la façon dont le procédé utilise un ensemble de paramètres à l'atome approximatif va interagir - même réaction chimique - plutôt que d'une interaction complète . quantum de la complexité de Rigoureuse calcul chimique. Dans ce cas, les chercheurs ont utilisé un ensemble amélioré de paramètres à coopérer avec l'équipe Yoshitaka Umeno à l'Université de Tokyo a développé.
Observations sur les différents systèmes de modèles de simulation de pistes multiples, les chercheurs ont découvert que la plus petite couche de la taille des pores, la réaction souhaitée est plus susceptible de se produire.
De plus, ils ont déterminé une nouvelle voie de réaction dans laquelle l'oxygène peut réduire les performances en matière de durabilité et de migrer à travers la couche de corps. Par conséquent, lorsque les chercheurs ont amélioré la conception des piles à combustible, devrait envisager d'éviter cette stratégie de la voie de réaction potentielle.
« Ce sont des idées que nous pouvons observer dans le monde réel pour obtenir le système », a commenté Koyama. « À l'avenir, j'espère voir plus de gens utilisent la structure atomique réelle re-créée à partir de l'observation microscopique comme base pour la simulation de comprendre que nous ne pouvons pas facilement mesurer et d'observer le phénomène en laboratoire. »
