Oppdaga nye materiale for brenselsceller

Ein ny klasse protonleiande materiale som kan auka bruken av naturgass i brenselsceller, er oppdaga av forskarane Reidar Haugsrud og Truls Norby ved Senter for materialvitskap og nanoteknologi på UiO. Oppdaginga blei publisert i ein artikkel i Nature Materials denne veka. - For oss er jo dette som å vinna OL-gull, seier professor Truls Norby til Uniforum.

OPPDAGA NYE MATERIALE: Professor Truls Norby ved Senter for materialvitskap og nanoteknologi har saman med forskar Reidar Haugsrud oppdaga ein ny klasse protonleiande materiale.

Foto: Martin Toft

- Oppdaginga kan føra til betre bruk av naturgass i brenselsceller og kanskje til brenselsceller i berbare datamaskiner. Det fortel professor og andreforfattar Truls Norby til Uniforum. Førsteforfattar Reidar Haugsrud har gjort alle målingane i laboratoriet til Kjemisk institutt og Senter for materialvitskap og nanoteknologi i Forskingsparken.

Dei tok utgangspunkt i det faktum at når eit grunnstoff blir erstatta av eit anna med lågare valens, som altså er eit uttrykk for kor mange hydrogenatom eit atom eller ei atomgruppe kan binda til seg, vil det mista positiv elektrisk ladning som må kompenserast. Dei fleste oksidmateriala vel å kasta ut både positivt og negativt lada oksygenion.

- Me jobbar heile tida med materiale som ikkje vil kasta ut oksygen på den måten, men heller ta proton frå vassdamp for å erstatta dei manglande positive ladningane. Desse protona er mobile. Det me har klart, er å finna eit høgtemperaturleiande protonmateriale, nemleg akseptordopa niobatar og tantalatar av dei sjeldne jordartsmetalla, forklarar Norby. Han viser til at han var med og oppdaga at det kunne vera slik samtidig med ei japansk forskargruppe for fleire år sidan.

Best i 800 varmegrader

- Men det er først dei siste åra me har gjort dei undersøkingane som slår fast at det verkeleg er slik, konstaterer han. I laboratoriet har dei tatt prøvar frå niobatar og tantalatar til 30 forskjellige sjeldne jordartar og varma dei opp til temperaturar på opp til 1200 grader Celsius. - Me fann ut at desse materiala leia protona best i ei våt atmosfære på rundt 800 varmegrader. Det beste protonleiande materialet fanst i såkalla Ca-dopa lantanortoniobat (LaNbO4), som er eitt av dei materiala me undersøkte, fortel han.

- Materiala kan brukast som elektrolytt, det vil seia som stoff som oppløyst i vatn kan leia straum, i brenselsceller, så sant tjukkleiken på materialet er på storleik med ein mikrometer.. Det er viktig at materialet er svært tynt for at det skal kunna gå nok straum av proton i gjennom, legg han til.

Kan brukast i datamaskiner og i sensorar

I bilmotorar blir det i dag brukt polymermateriale i brenselscellene. Men dei toler ikkje bruk av naturgass, slik det høgtemperaturleiande protonmaterialet me har oppdaga, kan, understrekar han. Norby har likevel ikkje noko tru på at bilindustrien il ta i bruk materialet dei har oppdaga med det første.

- Bilindustrien ligg alltid langt framme når det gjeld produktutvikling, så oppdaginga vår, blir kanskje heller brukt i brenselsceller for stasjonær bruk eller i berbare datamaskiner eller i sensorar av ulike typar, understrekar han. Både han og Reidar Haugsrud har fått assistanse frå Birkeland Innovasjon til å ta patent på oppdaginga i Noreg.

- Dessutan har me gjennom forskingsprogrammet Nanomat eit samarbeid med forskingsmiljøet på NTNU i Trondheim som har sett på korleis materialet kan framstillast betre og i stor skala, seier Norby, som er godt nøgd med dette samarbeidet.
- Der er kollegaene våre overtydde om at oppdaginga vår kan kommersialiserast.

Den vitskaplege artikkelen har tittelen "Proton conduction in rare-earth ortho-niobates and ortho-tantalates" og kan lesast på Nature Materials` nettside under.