Space–charge theory applied to the grain boundary impedance of proton conducting BaZr0.9Y0.1O3−δ.

The specific grain interior and grain boundary conductivities, obtained from impedance spectroscopy and the brick layer model, are reported for BaZr0.9Y0.1O3−δ as a function of pO2 and temperature. pO2-dependencies were indicative of dominating ionic and p-type electronic conduction for the grain interior under reducing and oxidizing conditions, respectively, while the grain boundaries showed an additional n-type electronic contribution under reducing conditions. Transmission electron microscopy revealed enrichment of Y in the grain boundary region. These findings indicate the existence of space–charge layers in the grain boundaries. A grain boundary core–space–charge layer model is therefore applied to interpret the data. Using a Mott–Schottky approximation, a Schottky barrier height of 0.5–0.6 V and an effective grain boundary width of 8–10 nm (=2× space–charge layer thickness) is obtained at 250 °C in wet oxygen. Finite-element modelling of the complex impedance over a grain boundary with a space–charge layer depletion of protons yields a distorted semicircle as observed in the impedance spectra

Single-step hydrogen production from NH3, CH4, and biogas in stacked proton ceramic reactors

Proton ceramic reactors offer efficient extraction of hydrogen from ammonia, methane, and biogas by coupling endothermic reforming reactions with heat from electrochemical gas separation and compression. Preserving this efficiency in scale-up from cell to stack level poses challenges to the distribution of heat and gas flows and electric current throughout a robust functional design. Here, we demonstrate a 36-cell well-balanced reactor stack enabled by a new interconnect that achieves complete conversion of methane with more than 99% recovery to pressurized hydrogen, leaving a concentrated stream of carbon dioxide. Comparable cell performance was also achieved with ammonia, and the operation was confirmed at pressures exceeding 140 bars. The stacking of proton ceramic reactors into practical thermo-electrochemical devices demonstrates their potential in efficient hydrogen production.This work was supported by Norway’s Ministry of Petroleum and Energy through the Gassnova project CLIMIT grant 618191 in partnership with Engie SA, Equinor, ExxonMobil, Saudi Aramco, Shell, and TotalEnergies and the Research Council of Norway NANO2021 project DynaPro grant 296548

Thermodynamics and transport of protons in functional oxides

Nye funksjonelle materialer er essensielle komponenter i fremtidens energiteknologi. Gruppe for faststoff elektrokjemi ved Kjemisk Institutt, Universitetet i Oslo, har i en årrekke ledet an i forskning på keramiske materialer som selektivt leder protoner, dvs. hydrogen uten sitt ene elektron. I en brenselcelle, hvor elektrisk energi dannes fra hydrogen-rikt brensel og luft, med vann som produkt, kan disse materialene bli sentrale. Disse keramiske materialene er bygd opp av små tettpakkede korn. I doktorgradsarbeidet ”Thermodynamics and transport of protons in functional oxides” har protonenes transport over korngrensene vært en sentral del. Her ble det funnet ut at en opphopning av positive ladninger inne i korngrensen danner en barriere for protonledningsevnen. En god keramisk protonleder beholder en høy konsentrasjon av protoner opp til en relativt høy temperatur. Den termodynamiske parameteren som reflekterer dette kalles hydratiseringsentalpien. De eksperimentelle metodene for å finne denne entalpien er kompliserte og indirekte og derfor ofte unøyaktige. Under doktorgradsarbeidet er det utviklet en ny metode der entalpien blir målt direkte og mer nøyaktig. Denne teknikken innebærer bruk av et kombinert termogravimetrisk og kalorimetrisk instrument koblet sammen med en dampgenerator. Resultatene kan hjelpe til å identifisere nye kandidater for protonledende materialer. I oppgaven ble også hydrogenets rolle i sinkoksid undersøkt. Sinkoksid er interessant for bruk i lysdioder og solceller, og derfor et grundig studert materiale. Undersøkelse ved både termoelektriske og elektriske målinger viste at de elektriske egenskapene ble kontrollert av mengden hydrogen løst i oksidet. Videre viste det seg at løst hydrogen ved høye temperaturer ikke ble skilt ut av prøven, men ”fryst inne” under avkjøling. Dette førte videre til en redusert mobilitet for elektronene. Resultatene fra denne undersøkelsen viste at det er avgjørende for oksidets elektriske egenskaper å kontrollere mengden hydrogen i omgivelsene under framstilling

Hydrogen og ammoniakk som brensel i en høytemperatur-brenselcelle med protonledende elektrolytt

Dette arbeidet har i hovedsak tatt for seg studiet av en høytemperatur brenselcelle med protonledende elektrolytt for hydrogen og ammoniakk i temperaturintervallet 600 - 900ºC. BaCe0,9Y0,1O2,95 (BCY) ble benyttet som elektrolytt og platina som elektrodemateriale i en hydrogen/oksygen- og en ammoniakk/oksygen-brenselcelle. SrCe0,95Yb0,05O2,975 (SCYb) ble benyttet som elektrolytt og platina som elektrodemateriale i en hydrogen/oksygen-brenselcelle. SCYb ble også benyttet som elektrolytt i et 3-elektrodestudiet av en Ni-SCYb cermetelektrode. BCY ble syntetisert ved sitratmetoden, og viste enfase ved XRD. Et dilatometer ble benyttet for å finne den egnede sintringstemperaturen til BCY og SCYb. Gass-sammensetningene ble kontrollert med en gassmikserenhet, en for hydrogen/oksygen og en for ammoniakk/oksygen. Ikke reagert ammoniakk ble destruert i en ammoniakkfelle med melkesyre. Brenselcellene ble karakterisert ved AC-impedansspektroskopi og strømtetthet/spenningsmålinger (I-V målinger) i galvanostatisk modus. I-V målingene og AC-impedansspektroskopi viste at aktiveringsenergien til bulkledningsevnen var relativt lik for hydrogen- og ammoniakkbrenselcellen med BCY-elektrolytt og Pt-elektroder. SCYb-elektrolytt med Pt-elektroder i hydrogen/oksygen-brenselcellen og SCYb-elektrolytt i 3-elektrodemålinger viste tilsvarende lik aktiveringsenergi for bulkledningsevnen ved AC-impedansspektroskopi. Bulkledningsevnene var sammenliknbare med litteratur. En lav OCV i forhold til teoretisk for BCY og SCYb hydrogen/oksygen-brenselcellen med Pt-elektroder skyldes gasslekkasje og elektronisk ledningsevne i elektrolytten. Ved stigende temperatur øker den elektroniske ledningsevnen i BCY og SCYb. Dette førte til at forskjellen mellom teoretisk og eksperimentell OCV økte. Dominerende elektrodeimpedans i Pt-anoden førte antageligvis til en lav OCV for ammoniakk/oksygen-brenselcellen, en relativt stor andel av den elektroniske strømmen gikk gjennom elektrolytten. Et tydelig massetransportoverpotensial i hydrogen/oksygen-brenselcellen ved lavt hydrogeninnhold viste at den høye elektrodeimpedansen hovedsakelig kom fra en dårlig Pt-anode. Pt-anoden degraderte antageligvis i ammoniakk, siden dette massetransportoverpotensialet kom tidligere i ammoniakk/oksygen-brenselcellen. En alternativ anode, bestående av en blanding metall og keram, Ni-SCYb, ble syntetisert og karakterisert ved 3-elektrode AC-impedansspektroskopi i temperaturintervallet 500 - 900ºC. Cermetelektroden viste en arealspesifikk motstand i hydrogen på ~ 1,5 Ω cm2 og ~ 2,2 Ω cm2 i ammoniakk ved 700ºC. Pt-elektroden i hydrogen/oksygen brenselcellen viste til sammenlikning ~ 7,6 Ω cm2. Ved temperaturer over 700ºC var den arealspesifikke motstanden for cermetelektroden i hydrogen og ammoniakk tilnærmet lik

New Kids on the Block : The Indian American Lobby and the U.S.-India Nuclear Deal

Temaet etniske lobbygrupper og amerikansk utenrikspolitikk har fått mye oppmerksomhet i kjølvannet av John D. Mearsheimer og Stephen Walts studie av "The Israel Lobby". Under hvilke omstendigheter blir slike etniske lobbygrupper mektige? Denne oppgaven tar for seg fremveksten av en lobby blant indiske immigranter i USA. Konsolideringen av denne lobbyen skjedde parallellt med ratifiseringsprosessen av den kontroversielle atomavtalen mellom USA og India. Media og enkelte forskere har påpekt den indisk amerikanske mobiliseringen som viktig for at Kongressen ratifiserte avtalen. Kan den indiske lobby--"the New Kids on the Block"--virkelig ha vært så viktig rolle for utfallet, for at Kongressen stemte for avtalen med et overveldende flertall? Datainnsamlingen ble gjort under et opphold i Washington D.C. og består av intervjuer med sentrale aktører (Representanter for de indiske lobbyorganisasjonene selv, motstandere av atomavtalen, rådgivere i Kongressen(Congressional staff), representanter fra det amerikanske utenriksdepartementet og den indiske ambassaden i Washington, samt uavhengige politiske analyster). Selv om det er vanskelig å estimere lobbyens innflytelse, konkluderer jeg med at den trolig ikke spilte en så avgjørende rolle for utfallet(dvs. Kongressens stemmegiving). Etter å ha vurdert en serie andre faktorer som jeg vurderer som viktig for avtalen, finner jeg grunn til å tro at avtalen ville ha blitt vedtatt uansett. Likevel, og ikke desto mindre, er det all mulig grunn til å tro at atomavtalen markerte konsolideringen av en ny, potentiselt mektig etnisk lobby. Den indiske diaspora er ikke bare den prosentvis raskest voksende innvandrergruppen i USA, det er også den økonomisk og utdanningsmessig best utrustede av samtlige etniske grupper i landet. Dette skulle potensielt gjøre inderne i stand til å danne en viktig lobby. Demografiske faktorer, som f.eks. at mange indere enda ikke har statsborgerskap og stemmerett, eller at de ikke utgjør noen spesielt geografisk konsentert gruppe (slik som f.eks. kjennetegner cubanere i Florida og New Jersey, som maksimerer deres makt ved valg), gjør at inderne skiller seg noe fra andre etniske lobbyer. Andre interessante faktorer bak framveksten av denne lobbyen er et nært samarbeid og skolering over flere år fra representanter fra jødiske lobbygrupper i USA. Og ikke minst har fremveksten av inder-amerikanernes lobby blitt hjulpet av tette bånd til representanter fra Bush-administrasjonen og den indiske regjering. Oppgaven avsluttes med en rekke forslag til videre forskning. Studien påpeker for eksempel at inder-amerikanerne har en rolle som "two-table players"--dvs. som deltakere både i amerikansk og indisk politikk. Slik sett har denne etniske lobbygruppen opparbeidet seg en unik, strategisk posisjon som mellommenn, eller brobyggere, i det indisk-amerikanske bilaterale forholdet. Dette er et interessant funn som burde være både av empirisk og teoretisk interesse for studenter av diasporaer generelt, og USA-India forholdet spesielt

Eurobot 2009

Eurobot Open er en internasjonal robotkonkurranse for studenter og uavhengige organisasjoner, som arrangeres i Europa i mai hvert år. Institutt for teknisk kybernetikk har deltatt hvert år siden 2000, gjennom prosjekt- og diplomoppgaver i samarbeid med Eksperter i Team. I 2009 skal konkurransen foregå i La Ferté-Bernard, Frankrike, under tittelen ``Temples of Atlantis''. Robotens oppgave går i korte trekk ut på å plukke opp byggeklosser for å bruke disse til å bygge tempel, som senere kan plasseres på forskjellige poengområder med ulik høyde. Dette arbeidet har hatt til hensikt å fullføre roboten ved å utvikle og produsere de forskjellige systemene som trengs for å delta i konkurransen. Gjennom prosjektoppgaven høsten 2008 ble det det utviklet en del basisfunksjonalitet, både software og hardwaremessig, som det nå er bygget videre på. Det er utviklet et beaconbasert deteksjons- og posisjoneringssystem som gjør roboten i stand til å detektere motstanderrobotens posisjon til enhver tid, samt detektere vinkelen til tre posisjoneringstårn og en flyttbar dispenserbeacon med meget god oppløsning. Ved å kjenne til motstanderens posisjon er det tidligere utviklede antikollisjonssystemet tatt i bruk og gjør roboten i stand til å foreta meget smarte valg vedrørende kollisjonsunngåelse og rutevalg. Det er foretatt et omfattende arbeid i å utvikle en ny kombinert motordrivermodul for høyre og venstre motor- og odometrienhet. I tillegg til tidligere funksjonalitet innehar denne modulen hastighetsregulatorer til de respektive motorene ved hjelp av tilbakekobling fra motorakslingene. Dette har medført at robotens evne til å kjøre langs rette linjer har økt betrakelig da sideavvik fanges opp momentant. Det eksisterende rammeverket for kunstig intelligens er blitt brukt til å lage en ny implementasjon av strategisystemet som både har større funksjonalitet og er effektivt implementert. Ved å dele systemet inn i moduler og bruke høynivå funksjoner i strategiene er det enkelt å sette seg inn i virkemåten til systemet og videreutvikle dette. Det er også brukt en del ressurser på å vedlikeholde den generelle strukturen til programvaren og dokumentere eksisterende kode. Nytt konkurransebord har blitt produsert da tidligere versjon var av så dårlig forfatning at roboten stadig ble stående å spinne. På bakgrunn av tilstanden til det eksisterende bordet, ble det foretatt nødvendige designvalg som sørger for at det nyutviklede bordet kan brukes til formålet i mange år fremover. For å kunne teste navigasjonssystemet på et tidligere stadium enn foregående år, er det blitt tatt i bruk en tidligere utviklet testrobot. På denne måten har det vært mulig å bruke mer tid på utviklingen av konkurranseroboten uten at dette har medført tap av viktige og nødvendig testmuligheter. For å kunne sørge for at de utviklede modulene samt softwaren benyttet skal kunne forstås, reproduseres, samt videreutvikles, er det blitt nedlagt en del tid på å utvikle to dokumentasjonspermer, henholdsvis dokumentasjon av software og hardware. Dette er gjort siden dokumentasjonen fra tidligere utviklede system opp igjennom årene er av svært variabel art og spredd utover utallige prosjekt og diplomoppgaver. Det er lagt stor vekt på at alle moduler som er blitt utviklet skal være av god kvalitet, og at de skal kunne brukes videre i kommende eurobotkonkurranser. Dette gjelder både med tanke på håndtverk og design av modulene. Sett sammen med dokumentasjonsjobben som er gjort skal disse modulene kunne brukes videre slik de er, og være lett utskiftbare på grunn av den modulbaserte designen. Underveis har det vært en del administrativt arbeide, hovedsakelig koordinering av ti studenter fra faget Eksperter i Team, samt en fulltidsansatt mekanikerlærling. I tillegg kommer elementer som økonomi, reise, rekruttering, samt deltagelse på flere arrangementer for å promotere eurobot, samt bidra til å inspirere unge til å velge realfag. Det er også lagt ned en del arbeid i å integrere de ulike delene sammen på roboten på en god, robust og effektiv måte. Omfattende testing og resultater fra konkurransen viser at den utviklede roboten utfører de gitte oppgavene på en særdeles god måte. Roboten er i stand til å finne ledige poengområder og bygge templer som resulterer i svært høye poengsummer, samt unnvike motstanderroboten om denne skulle være i veien. Dette resulterte i at roboten, som den eneste med unntak av vinneren, gikk gjennom hele innledningsrunden uten å tape. Videre fortsatte den å seire både i åttendelsfinalen og kvartfinalen, slik at endelig plassering ble en meget sterk 4.plass av totalt 44 lag som hadde kvalifisert seg til den internasjonale finalen

Eurobot 2009

Eurobot Open er en internasjonal robotkonkurranse for studenter og uavhengige organisasjoner, som arrangeres i Europa i mai hvert år. Institutt for teknisk kybernetikk har deltatt hvert år siden 2000, gjennom prosjekt- og diplomoppgaver i samarbeid med Eksperter i Team. I 2009 skal konkurransen foregå i La Ferté-Bernard, Frankrike, under tittelen ``Temples of Atlantis''. Robotens oppgave går i korte trekk ut på å plukke opp byggeklosser for å bruke disse til å bygge tempel, som senere kan plasseres på forskjellige poengområder med ulik høyde. Dette arbeidet har hatt til hensikt å fullføre roboten ved å utvikle og produsere de forskjellige systemene som trengs for å delta i konkurransen. Gjennom prosjektoppgaven høsten 2008 ble det det utviklet en del basisfunksjonalitet, både software og hardwaremessig, som det nå er bygget videre på. Det er utviklet et beaconbasert deteksjons- og posisjoneringssystem som gjør roboten i stand til å detektere motstanderrobotens posisjon til enhver tid, samt detektere vinkelen til tre posisjoneringstårn og en flyttbar dispenserbeacon med meget god oppløsning. Ved å kjenne til motstanderens posisjon er det tidligere utviklede antikollisjonssystemet tatt i bruk og gjør roboten i stand til å foreta meget smarte valg vedrørende kollisjonsunngåelse og rutevalg. Det er foretatt et omfattende arbeid i å utvikle en ny kombinert motordrivermodul for høyre og venstre motor- og odometrienhet. I tillegg til tidligere funksjonalitet innehar denne modulen hastighetsregulatorer til de respektive motorene ved hjelp av tilbakekobling fra motorakslingene. Dette har medført at robotens evne til å kjøre langs rette linjer har økt betrakelig da sideavvik fanges opp momentant. Det eksisterende rammeverket for kunstig intelligens er blitt brukt til å lage en ny implementasjon av strategisystemet som både har større funksjonalitet og er effektivt implementert. Ved å dele systemet inn i moduler og bruke høynivå funksjoner i strategiene er det enkelt å sette seg inn i virkemåten til systemet og videreutvikle dette. Det er også brukt en del ressurser på å vedlikeholde den generelle strukturen til programvaren og dokumentere eksisterende kode. Nytt konkurransebord har blitt produsert da tidligere versjon var av så dårlig forfatning at roboten stadig ble stående å spinne. På bakgrunn av tilstanden til det eksisterende bordet, ble det foretatt nødvendige designvalg som sørger for at det nyutviklede bordet kan brukes til formålet i mange år fremover. For å kunne teste navigasjonssystemet på et tidligere stadium enn foregående år, er det blitt tatt i bruk en tidligere utviklet testrobot. På denne måten har det vært mulig å bruke mer tid på utviklingen av konkurranseroboten uten at dette har medført tap av viktige og nødvendig testmuligheter. For å kunne sørge for at de utviklede modulene samt softwaren benyttet skal kunne forstås, reproduseres, samt videreutvikles, er det blitt nedlagt en del tid på å utvikle to dokumentasjonspermer, henholdsvis dokumentasjon av software og hardware. Dette er gjort siden dokumentasjonen fra tidligere utviklede system opp igjennom årene er av svært variabel art og spredd utover utallige prosjekt og diplomoppgaver. Det er lagt stor vekt på at alle moduler som er blitt utviklet skal være av god kvalitet, og at de skal kunne brukes videre i kommende eurobotkonkurranser. Dette gjelder både med tanke på håndtverk og design av modulene. Sett sammen med dokumentasjonsjobben som er gjort skal disse modulene kunne brukes videre slik de er, og være lett utskiftbare på grunn av den modulbaserte designen. Underveis har det vært en del administrativt arbeide, hovedsakelig koordinering av ti studenter fra faget Eksperter i Team, samt en fulltidsansatt mekanikerlærling. I tillegg kommer elementer som økonomi, reise, rekruttering, samt deltagelse på flere arrangementer for å promotere eurobot, samt bidra til å inspirere unge til å velge realfag. Det er også lagt ned en del arbeid i å integrere de ulike delene sammen på roboten på en god, robust og effektiv måte. Omfattende testing og resultater fra konkurransen viser at den utviklede roboten utfører de gitte oppgavene på en særdeles god måte. Roboten er i stand til å finne ledige poengområder og bygge templer som resulterer i svært høye poengsummer, samt unnvike motstanderroboten om denne skulle være i veien. Dette resulterte i at roboten, som den eneste med unntak av vinneren, gikk gjennom hele innledningsrunden uten å tape. Videre fortsatte den å seire både i åttendelsfinalen og kvartfinalen, slik at endelig plassering ble en meget sterk 4.plass av totalt 44 lag som hadde kvalifisert seg til den internasjonale finalen

Comparison of Cu and Pt point-contact electrodes on proton conducting BaZr0.7Ce0.2Y0.1O3−δ

© 2017. This manuscript version is made available under the CC-BY-NC-ND 4.0 license http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0

Catalytic Layer Optimization for Hydrogen Permeation Membranes Based on La_5.5WO_11.25‑δ/La_0.87Sr_0.13CrO_3‑δ Composites

(LWO/LSC) composite is one of the most promising mixed ionic–electronic conducting materials for hydrogen separation at high temperature. However, these materials present limited catalytic surface activity toward H₂ activation and water splitting, which determines the overall H₂ separation rate. For the implementation of these materials as catalytic membrane reactors, effective catalytic layers have to be developed that are compatible and stable under the reaction conditions. This contribution presents the development of catalytic layers based on sputtered metals (Cu and Pd), electrochemical characterization by impendace spectroscopy, and the study of the H₂ flow obtained by coating them on 60/40-LWO/LSC membranes. Stability of the catalytic layers is also evaluated under H₂ permeation conditions and CH₄-containing atmospheres