Oorganisk kameleont lovande för energi- och nanoforskning
En ny avhandling från Chalmers visar att det mångsidiga materialet perovskit kan komma till nytta inom tre viktiga tillämpningsområden: bränsleceller, gasseparation inför lagring av koldioxid och nanokomponenter i elektroniska produkter. Materialet kan alltså få betydelse både för framtidens energisystem och för utvecklingen av nanoelektronik.
Perovskit är en strukturtyp som består av tre olika komponenter: alkaliska jordartsmetaller till exempel kalcium, övergångsmetaller till exempel järn, och negativa joner som ofta är syre.
Perovskiter brukar kallas för oorganiska kameleonter eftersom de är väldigt flexibla och kan anta olika former beroende på sin omgivning. De är lätta att tillverka, och genom att variera stukturen kan man få fram nya intressanta funktioner hos materialet.
Annika Eriksson, som nyligen disputerade på Chalmers, har studerat sambandet mellan sådana funktioner och perovskiters struktur:
– Jag har bland annat undersökt en grupp av perovskiter som har bra ledningsförmåga för både syrejoner och elektroner, säger hon. Dessa egenskaper är åtråvärda som katodmaterial i bränsleceller.
Supercellstruktur av en syrefattig perovskit. Supercellstrukturen innehåller ”vakanser” eller hål, som gör det möjligt för syrejoner och/eller elektroner att röra på sig. Därmed kan perovskiten fungera som både jonledare och elektronledare. Bild: Annika Eriksson.
Dagens bränsleceller har en arbetstemperatur på 800 till 1000 grader. Därför har de begränsade användningsområden, och de kräver mycket energi för uppvärmningen.
– En målsättning är att kunna sänka arbetstemperaturen till mer hanterbara temperaturer på 300 till 600 grader, säger biträdande professor Sten Eriksson, som har varit handledare för avhandlingen. Vi har även förhoppningar om att nya perovskiter kan ge längre livslängd och bättre ledningsförmåga för joner och elektroner i bränsleceller.
Att perovskiterna leder syre effektivt gör också att de skulle kunna användas i membran för separation av syre från andra gaser. Ett intressant tillämpningsområde kan bli koldioxidlagring i berggrunden, en potentiellt mycket viktig teknik för att bromsa klimatförändringarna. Innan man pumpar ner koldioxid i berggrunden vill man rena gasblandningen från andra gaser, däribland syre.
Annika Eriksson ska nu arbeta med membranutveckling för syreseparation i ett postdoc-projekt på det norska forskningsinstitutet SINTEF i Trondheim, ett av världens ledande forskningscentrum inom koldioxidavskiljning och lagring. Hon ska också arbeta med ett annat postdoc-projekt vid Trondheims universitet NTNU. Där ska hon utveckla nanokomponenter för elektroniska produkter.
– Det projektet bygger på en del i min avhandling som handlar om multiferroiska material, eller mångfunktionella material som de också kallas. Vissa perovskiter är multiferroiska, vilket betyder att de är spontant polariserbara i ett elektriskt fält, samtidigt som de har magnetiska egenskaper. Sådana material är viktiga inom nanoelektronisk forskning eftersom de kan kombinera polariserade och magnetiska effekter i en enda krets.
Avhandlingen ”Interplay between structure and properties in perovskite related materials” försvarades den 6 mars, 2009.
Kontaktinformation
För mer information, kontakta:
Annika Eriksson, Oorganisk miljökemi, Institutionen för kemi- och bioteknik, Chalmers tekniska högskola
tel 031-772 28 66
anneka@chalmers.se
Huvudhandledare: Sten Eriksson, Oorganisk miljökemi, Institutionen för kemi- och bioteknik, Chalmers tekniska högskola
tel 031-772 28 57
stene@chalmers.se
Bihandledare: Christopher Knee, Institutionen för Kemi, Göteborgs Universitet
tel 031-772 27 79
knee@chem.gu.se
