Wissenschaftler decken Hauptursache für Widerstand in Festelektrolyten auf

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Die Verringerung des Widerstands gegen den Ionenfluss in Festelektrolyten kann die Effizienz von Brennstoffzellen und Batterien verbessern, aber zunächst müssen die Wissenschaftler die für den Widerstand verantwortlichen Materialeigenschaften verstehen.Festelektrolytmaterialien bestehen aus Hunderttausenden von kleinen kristallinen Bereichen, den sogenannten Körnern, mit verschiedenen Orientierungen.

Die Materialien, die in Brennstoffzellen und Batterien verwendet werden, transportieren Ionen oder geladene Atome von einer Elektrode zur anderen Elektrode.

Es ist bekannt, dass die Grenzen zwischen den Körnern in den Materialien den Ionenfluss durch den Elektrolyten behindern, aber die genauen Eigenschaften, die diesen Widerstand verursachen, sind bisher nicht bekannt.Wissenschaftler des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums (DOE) trugen zu einer kürzlich von der Northwestern University durchgeführten Studie zur Untersuchung von Korngrenzen in einem Festelektrolytmaterial bei.

Die Studie umfasste zwei leistungsstarke Techniken – Elektronenholographie und Atomsonden-Tomographie -, die es den Wissenschaftlern ermöglichten, die Grenzen in einem beispiellos kleinen Maßstab zu beobachten.

Die daraus resultierenden Erkenntnisse bieten neue Möglichkeiten zur Abstimmung der chemischen Eigenschaften des Materials, um die Leistung zu verbessern.”Wenn Wissenschaftler die Leitfähigkeit dieser Elektrolyte untersuchen, messen sie in der Regel die durchschnittliche Leistung aller Körner und Korngrenzen zusammen”, sagte Charudatta Phatak, ein Wissenschaftler der Materialwissenschaftlichen Abteilung (MSD) von Argonne, “aber eine strategische Manipulation der Materialeigenschaften erfordert ein tiefgehendes Wissen über den Ursprung des Widerstands auf der Ebene der einzelnen Korngrenzen.Um die Korngrenzen zu erforschen, führten die Wissenschaftler im Argonne Center for Nanoscale Materials (CNM), einer Einrichtung des DOE Office of Science User Facility, eine Elektronenholographie eines gemeinsamen Festelektrolyten durch.

Bei diesem Prozess trifft ein Elektronenstrahl auf eine dünne Probe des Materials und erfährt eine Phasenverschiebung aufgrund des Vorhandenseins eines lokalen elektrischen Feldes in und um das Material herum.

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Ein externes elektrisches Feld verursacht dann einen Teil der….

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