Trippelfasegrense

En trippelfasegrense (TPB) er en geometrisk klasse av fasegrense og plasseringen av kontakt mellom tre forskjellige faser. Et enkelt eksempel på en TPB er en kystlinje der land, luft og hav møtes for å skape et energisk sted drevet av sol-, vind- og bølgeenergi som er i stand til å støtte et høyt nivå av biologisk mangfold. Dette konseptet er spesielt viktig i beskrivelsen av elektroder i brenselceller og batterier. For eksempel for brenselceller er de tre fasene en ioneleder (elektrolytt), en elektronleder og en virtuell "porøs" fase for transport av gassformige eller flytende brenselmolekyler. De elektrokjemiske reaksjonene som brenselceller bruker for å produsere elektrisitet skjer i nærvær av disse tre fasene. Trippelfasegrenser er dermed de elektrokjemisk aktive stedene i elektrodene.

Oksygenreduksjonsreaksjonen som skjer ved en fast oksid brenselcelle (SOFC) katode, kan skrives som følger:

O2(gass) + 4e−(elektrode) → 2O2−(elektrolytt)

Ulike mekanismer bringer disse reaktantene til en TPB for å utføre denne reaksjonen. Kinetikken til denne reaksjonen er en av de begrensende faktorene i celleytelsen, ved å øke TPB-tettheten vil reaksjonshastigheten øke, og dermed øke celleytelsen. Analogt vil TPB-tettheten også påvirke kinetikken til oksidasjonsreaksjonen som skjer mellom oksygenioner og brensel på anodesiden av cellen. Transport til og fra hver TPB vil også påvirke kinetikken, så optimalisering av veiene for å få reaktanter og produkter til det aktive området er også en viktig vurdering. Forskere som jobber med brenselceller bruker i økende grad 3D-avbildningsteknikker som FIB-SEM og røntgen-nanotomogrpafi for å måle TPB-tetthet som en måte å karakterisere celleaktivitet på. Nylig har prosesseringsteknikker som infiltrasjon vist seg å øke TPB-tettheten betydelig, noe som fører til høyere effektivitet og potensielt mer kommersielt levedyktige SOFC-er.

Referanser 

Elektrokjemi