Kolme minuti loeng: kodu saab valgustada keemilise reaktsiooniga

$content['photos'][0]['caption'.lang::suffix($GLOBALS['category']['lang'])]?>
Ove Korjus käes hoidmas tahkeokssiidset kütuseelementi. Autor/allikas: Ove Korjus

Tahkeoksiidsed kütuseelemendid on seadmed, mis toodavad elektirt keemilisest energiast. Eesti majapidamise elektritarbe jaoks oleks vaja kas 80 suurt või 350 väikest sellist kütuseelementi. Kuidas neid energiaallikaid veelgi töökindlamaks teha, uurib Tartu Ülikooli keemia doktorant Ove Korjus.

Kas teil on kunagi väga olulisel hetkel läinud kodust elekter ära ? Näiteks "Prillitoosi" või "Rannamaja" vaadates? Mäletan, kuidas ma väiksena ei saanud elektrikatkestuse tõttu arvutiga mängida ja mõtlesin, et miks ei võiks meie majal olemas olla oma "minielektrijaama": siis ei läheks ju kunagi elekter ära.

Nüüd tean, et sellised minielektrijaamad on täiesti olemas. Ma ei mõtle plärisevaid diiselgeneraatoreid, mis paiskavad loodusesse igal tööminutil tohutul hulgal süsihappegaasi. Mõtlen tahkeoksiidsetel kütuseelementidel põhinevaid elektrijaamu, millel ainuke eralduv gaas on veeaur ning mis ei tee üldse häält, sest neil isegi pole ühtegi liikuvat detaili.

Selleks, et Eestis majapidamist elektriga ära toita, läheb vaja umbes 80 suurest elemendist või 350 väiksest elemendist koosnevat süsteemi. Elemendid töötavad 600–900 kraadi juures ning ühele poole elemendi elektroodile juhitakse õhk ja teisele poole elektroodile vesinik. Nagu patareiski, on elektrood materjali see osa, kus toimub keemiline reaktsioon, mille tulemusena tekib elekter.

Elektroodide kristallvõre. Autor/allikas: Ove Korjus

Elektroodid on keraamilised materjalid, umbes nagu portselan, aga meie teeme nendega kõrgel temperatuuril elektrit. Ülaloleval pildil on toodud nende kristallivõre. Siin on näha hästi palju aatomtasandeid, kusjuures nende tasandite vaheline kaugus on väga väike, umbes viis angstromit, see tähendab 0,0000000005 meetrit. See on umbes 100 000 korda väiksem kui kõige pisem tolmukübe või 250 korda väiksem kui üks koroonaviiruse osake.

Nagu pildilt näha, siis iga natukese aja tagant hakkavad aatomtasandid korduma ja alloleval pildil on näha sellise võre väiksemat tükki, mida kopeerides saaks samaväärtusliku suure kristalli uuesti kokku. Esimene pilt näiteks koosneb 125 sellisest tükist.

Elektroodide kristallvõre väiksem tükk. Autor/allikas: Ove Korjus

Oleme Tartu Ülikoolis töötanud välja maailmas esimesena meetodi, millega töötavas tahkeoksiidses kütuseelemendis on võimalik elektroodide reaktsioonide ajal reaalajas vaadata võres toimuvaid muutusi. See võimaldab probleemide tekkimisel täpselt tuvastada nende põhjuse. Kas töö käigus mõni ioon hakkab ringi liikuma? Kas mõni võõras ioon tuleb pressib ennast võresse vahele? Kas võre hakkab paisuma või hoopis tõmbab kokku?

See kõik on väga oluline info, mille abil saab disainida uusi aktiivsemaid ja kauem kestvamaid materjale. Just selliste uuringutega ma oma doktoriõppes tegelengi.

Ove Korjus on Tartu Ülikooli keemia doktorant. Loeng valmis kolme minuti loengute konkursi TÜ eelvoorus.

Toimetaja: Airika Harrik

Hea lugeja, näeme et kasutate vanemat brauseri versiooni või vähelevinud brauserit.

Parema ja terviklikuma kasutajakogemuse tagamiseks soovitame alla laadida uusim versioon mõnest meie toetatud brauserist: