211service.com
Chłodzenie ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem
Startowa firma SiEnergy Systems pokonała poważną barierę dla komercjalizacji ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem dzięki prototypowi, który działa w temperaturach o setki stopni niższych niż obecne na rynku. Praca z profesorem materiałoznawstwa z Harvardu Shriram Ramanathan Firma SiEnergy Systems z siedzibą w Bostonie zademonstrowała ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem, które może działać w temperaturze 500 stopni Celsjusza, w przeciwieństwie do 800 do 1000 stopni wymaganych przez istniejące urządzenia. Dzięki temu ogniwo, które wykorzystuje cienkowarstwowy elektrolit, mechanicznie podtrzymywany przez metalową siatkę, jest znacznie większe niż podobne urządzenia wyprodukowane wcześniej – o powierzchni rzędu centymetrów, czyli wielkości potrzebnej do zastosowań praktycznych, a nie w mikrometrach.
Stabilne komórki: Ten ultracienki elektrolit ogniwa paliwowego jest stabilizowany metalową siatką. Znajdująca się pod spodem membrana jest widoczna przez okrągłe otwory w siatce, każdy o średnicy około 100 mikrometrów.
Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem, które mogą zasilać różne paliwa, w tym olej napędowy lub gaz ziemny, wprowadzają tlen z powietrza w celu redukcji na katodzie, a następnie przepuszczają jony tlenu przez membranę elektrolityczną ze stałym tlenkiem do anody, gdzie paliwo jest utleniane, aby wytworzyć elektrony, które są wyciągane z urządzenia. Ich wysokie temperatury pracy są podyktowane tym, że w wyższych temperaturach jony poruszają się szybciej przez elektrolit.
Jeśli elektrolit jest bardzo cienki — ma grubość zaledwie kilkuset nanometrów — ogniwo paliwowe ze stałym tlenkiem może działać w niższych temperaturach. Takie elektrolity mogą zasilać bardzo małe urządzenia demonstracyjne, ale do czasu prac SiEnergy i Ramanathana nikt nie był w stanie wykonać ultracienkiej membrany tlenkowej wystarczająco dużej dla praktycznych urządzeń, mówi Harry'ego Tullera , profesor inżynierii materiałowej na MIT. Wyzwaniem było to, że folie, będąc tak cienkimi, są kruche i łatwo rozrywają się podczas przetwarzania lub podczas cykli ogrzewania i chłodzenia, mówi Tuller. Po podgrzaniu i schłodzeniu różne materiały, z których są wykonane, rozszerzają się i kurczą w różnym tempie, uszkadzając delikatną folię. My i inni próbowaliśmy podeprzeć filmy za pomocą jednego lub więcej wsporników strukturalnych, mówi, ale nie udało nam się tego zrobić na tak dużym obszarze.
W artykule opublikowanym w czasopiśmie Natura Nanotechnologia , naukowcy opisują wytwarzanie membrany elektrolitowej, która jest bardziej stabilna zarówno termicznie, jak i mechanicznie. Zaczęli od membrany elektrolitowej o grubości 100 nanometrów wykonanej z tlenku cyrkonu i itru. Umieścili na nim podtrzymującą metalową siatkę, aby utrzymać membranę na miejscu podczas jej ogrzewania i chłodzenia, a ponieważ siatka była wykonana z materiału przewodzącego, działała jako anoda. Połączyli to z gęstą, wysokowydajną katodą opracowaną wcześniej przez Ramanathana. W swojej opublikowanej pracy SiEnergy zademonstrowało szereg ogniw paliwowych, każdy o powierzchni około pięciu milimetrów kwadratowych. Ramanathan mówi, że metodę można skalować do obszarów w skali centymetra potrzebnych do urządzeń.
Dyrektor generalny SiEnergy, Vincent Chun, mówi, że to dopiero pierwsza demonstracja, a firma pracuje obecnie nad integracją cienkich ogniw paliwowych z pełnymi systemami i testowaniem paliw. Chun ma nadzieję, że ogniwa paliwowe firmy pozwolą zaoszczędzić na kosztach materiałów, ponieważ są tak cienkie. Chun mówi, że firma planuje oferować zamienniki generatorów diesla oraz domowych systemów ogrzewania i wytwarzania energii.