Wieloskładnikowe niobiany: materiały ceramiczne w technologiach wodorowych

Nowoczesne materiały ceramiczne, które mogą znaleźć zastosowanie w technologiach związanych z produkcją i wykorzystaniem wodoru, są przedmiotem badań Arkadiusza Dawczaka, absolwenta Szkoły Doktorskiej na Politechnice Gdańskiej.

Swoją rozprawę doktorską „Structural, thermal and electrical properties of multicomponent rare-earth ortho-niobates (Właściwości strukturalne, termiczne oraz elektryczne wieloskładnikowych niobianów ziem rzadkich)” Arkadiusz Dawczak napisał pod kierunkiem prof. dr hab. inż. Marii Gazdy. Recenzentami są: prof. dr hab. Izabela Szafraniak-Wiza z Politechniki Poznańskiej, prof. dr hab. Tomasz Goryczka z Uniwersytetu Śląskiego w Katowicach oraz prof. dr hab. inż. Tomasz Brylewski z Akademii Górniczo-Hutniczej im. Stanisława Staszica w Krakowie.

Badania Arkadiusza Dawczaka koncentrują się wokół nowoczesnych materiałów ceramicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w technologiach związanych z produkcją i wykorzystaniem wodoru.

– Współczesna nauka poszukuje materiałów zdolnych do efektywnego przewodzenia jonów wodoru (protonów) w niższych temperaturach niż obecnie stosowane 500-650°C. Materiały te są kluczowe dla rozwoju urządzeń takich jak protonowe ceramiczne ogniwa paliwowe, które przekształcają wodór w energię elektryczną, elektrolizery z ceramicznym przewodnikiem protonowym, umożliwiające rozkład pary wodnej na wodór i tlen, oraz czujniki gazu, np. wodoru. Wszystkie te urządzenia wymagają materiałów, które są chemicznie i termicznie stabilne oraz wykazują wysoką przewodność protonową – wyjaśnia naukowiec.

Szansa na poprawę właściwości materiałów stosowanych w urządzeniach elektrochemicznych

Celem rozprawy było zbadanie czy zwiększenie złożoności składu chemicznego w strukturze niobianów ziem rzadkich, czyli dodanie różnych pierwiastków, może poprawić ich właściwości, czyniąc je bardziej odpowiednimi do wspomnianych zastosowań. W tym celu metodą syntezy w fazie stałej otrzymano trzy serie jednofazowych związków o złożonym składzie chemicznym, które następnie poddano szczegółowej analizie.

Otrzymane wyniki wskazały, że wszystkie badane serie związków są termodynamicznie stabilne i wykazują przewodnictwo protonowe. Dodatkowo stwierdzono, że zwiększona złożoność składu chemicznego w podsieci kationu ziem rzadkich poprawia rozpuszczalność domieszek akceptorowych, co prowadzi do tworzenia się większej koncentracji defektów protonowych w wilgotnych atmosferach. Jest to zjawisko korzystne dla przewodnictwa protonowego i może przyczynić się do poprawy właściwości materiałów stosowanych w nowoczesnych urządzeniach elektrochemicznych.

– Moja praca powstała w ramach projektu badawczego „Tlenki wysokoentropowe dla konwersji energii”, finansowanego przez Narodowe Centrum Nauki w ramach programu „Opus 18”. Recenzenci zaznaczyli, że rozprawa wnosi istotny wkład w rozwój nowoczesnych materiałów ceramicznych, które mogą znaleźć zastosowanie w technologiach związanych z energią odnawialną i produkcją wodoru. Zastosowanie takich materiałów może zwiększyć efektywność i trwałość urządzeń elektrochemicznych, co ma kluczowe znaczenie w kontekście globalnych wyzwań energetycznych. Praca została wysoko oceniona, a jej wyniki mogą stanowić cenny wkład w rozwój nowoczesnych technologii związanych z konwersją energii – podkreśla Arkadiusz Dawczak.

Źródło: Politechnika Gdańska

Czytaj także: Jak skutecznie odzyskać pierwiastki ziem rzadkich?