English version of this page

Kombinatorisk studie av exsolutionnanopartikler for energikonverterings og -lagringsteknologier

Hvis man fanger sollyset som strømmer mot jorden i en time har man nok energi til å dekke verdens energibehov i ett år. Men, i praksis så er man avhengig av kost- og nytteeffektive energilagringsmetoder for å kompensere for daglige og sesongbaserte variasjoner av solenergi, og andre fornybare energikilder som vindkraft.   

Om prosjektet

Faststoff-elektrokjemiske innretninger spiller en viktig rolle for konvertering og lagring av fornybar energi. Ytelsen til slike elektrokjemiske celler er begrenset av den elektrokatalytiske aktiviteten til elektrodene. Her kan katalytiske nanopartikler bli anvendt, men deres ytelse er begrenset av agglomerering over tid (venstre figur).  

Exsolution er et vekstfenomen hvor metallnanopartikler segregerer fra et oksidmateriale, og forblir forankret i overflaten (høyre figur). Forankringen forhindrer blant annet agglomerering, og er en av årsakene til at slike nanopartikler er funnet til å øke ytelsen. 

Grafisk illustrasjon av prosessene bak deponering og exsolution
Figur: (Venstre) Metallnanopartikler er konvensjonelt forberedt direkte på overflaten til oksider i anvendelse som elektroder i elektrokjemiske celler, og de agglomerer til større partikler over tid – noe som begrenser ytelsen. (Høyre) Exsolution gror forankrede nanopartikler i overflaten som motvirker agglomerering. Ofte gros exsolutionnanopartiklene i materialtypen perovskitt, som består av tre elementer i forholdstallet ABO3. Man kan leke med defekter i strukturen for å fasilitere for exsolution, ved for eksempel å ta bort elementene på A-plassen.  

Mål

Majoriteten av exsolution-studier er begrenset til empirisk kunnskap knyttet til individuelle materialsystem, og det er mange ubesvarte spørsmål om de eksakte mekanismene involvert i vekstfenomenet. Målet til dette prosjektet er å finne generiske prinsipper bak exsolution- prosessen som går på tvers av materialsystemer. I tett samarbeid med Solaris-initiativet til UiO: Energi og Miljø vil en kombinatorisk synteserute med pulserende laserablasjon (PLD) bli brukt sammen med høy gjennomstrømmingskarakteriseringsmetoder for å utforske et stort parameterrom av materialsammensetning. Valg av parameterrommet bygger på innsikt fra atomistiske simuleringer av defektenes energilandskap i materialet samt sammensetninger med teknologiske relevans. Prosjektet jobber tett sammen med Elektrokjemi-gruppen for effektiv anvendelse av kunnskapen inn mot elektrokjemiske celler. 

Metoder

  • Syntese: Kombinatorisk pulserende laserablasjon  

  • Karakterisering: Skanneelektronmikroskopi, røntgendiffraksjon, transmisjonselektronmikroskopi, atomkraftmikroskopi, termogravimetri 

  • Analyse: Automatisert analyse av hyperspektrale og store (>GB) datasett 

  • Modellering: Tetthetsfunksjonalteori  

Finansiering og samarbeid

Prosjektet bygger på tverrfaglig samarbeid mellom kjemikere og fysikere i ulike grupper i senter for materialvitenskap og nanoteknologi. Prosjektet er finansiert av Det matematisk-naturvitenskapelige fakultet, Universitetet i Oslo. 

 

 

Emneord: Elektrokjemi, SOLARIS, Strukturfysikk, TEM, DFT, Materialvitenskap
Publisert 19. sep. 2023 12:58 - Sist endret 24. jan. 2024 09:06

Deltakere

Detaljert oversikt over deltakere

Involverte forskergrupper