211service.com
Fajne ogniwo paliwowe
Nowy elektrolit do ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem, wyprodukowany przez naukowców z Hiszpanii, działa w temperaturach o setki stopni niższych niż w przypadku konwencjonalnych elektrolitów, co może sprawić, że takie ogniwa paliwowe staną się bardziej praktyczne.
Kryształy przewodzące: Obraz ze skaningowego transmisyjnego mikroskopu elektronowego pokazuje strukturę krystaliczną nowego materiału elektrolitowego do ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem, który działa dobrze w temperaturze pokojowej.
Jacobo Santamaria , z wydziału fizyki stosowanej na Universidad Complutense w Madrycie w Hiszpanii, wraz z kolegami zmodyfikowali stabilizowany tlenkiem itru elektrolit cyrkonowy, typowy typ elektrolitu w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem, tak aby działał w temperaturze nieco wyższej niż temperatura pokojowa. . Zwykle takie elektrolity wymagają temperatury powyżej 700 °C. W połączeniu z ulepszeniami elektrod ogniw paliwowych może to obniżyć temperaturę, w której działają te ogniwa paliwowe.
Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem są obiecujące dla elektrowni nowej generacji, ponieważ są bardziej wydajne niż konwencjonalne generatory, takie jak turbiny parowe, i mogą wykorzystywać większą różnorodność paliw niż inne ogniwa paliwowe. Mogą wytwarzać energię elektryczną, między innymi z benzyny, oleju napędowego, gazu ziemnego i wodoru. Jednak wysokie temperatury wymagane do wydajnej pracy powodują, że ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem są drogie i ograniczają ich zastosowania. Niskotemperaturowy elektrolit zgłoszony przez hiszpańskich naukowców może być ogromnym ulepszeniem w przypadku ogniw paliwowych na tlenki stałe, mówi Eric Wachsman , dyrektor Florida Institute for Sustainable Energy, University of Florida.
W ogniwie paliwowym ze stałym tlenkiem tlen jest podawany do jednej elektrody, a paliwo do drugiej. Elektrolit umożliwia migrację jonów tlenu z jednej elektrody na drugą, gdzie łączą się z paliwem; w najprostszym przypadku, w którym paliwem jest wodór, wytwarza on wodę i uwalnia elektrony. Elektrolit zapobiega przemieszczaniu się elektronów bezpośrednio z powrotem na tlenową stronę ogniwa paliwowego, zmuszając je zamiast tego do przemieszczania się przez obwód zewnętrzny, generując energię elektryczną. Tą okrężną drogą w końcu trafiają do elektrody tlenowej, gdzie łączą się z gazowym tlenem, tworząc jony tlenu, utrwalając cykl.
Elektrolit, który jest materiałem stałym, zazwyczaj przewodzi jony tylko w wysokich temperaturach. Santamaria, opierając się na wcześniejszych pracach innych badaczy, odkrył, że przewodnictwo jonowe w niskich temperaturach można znacznie poprawić, łącząc warstwy standardowych materiałów elektrolitycznych z warstwami tytanianu strontu o grubości 10 nanometrów. Odkrył, że ze względu na różnice w strukturach krystalicznych materiałów, duża liczba wakatów tlenowych – miejsc w strukturach krystalicznych materiałów, które zwykle zawierałyby atom tlenu – tworzy się w miejscu spotkania tych dwóch materiałów. Te wolne miejsca tworzą ścieżki, które umożliwiają jonom tlenu przemieszczanie się przez materiał, poprawiając przewodność materiałów w temperaturze pokojowej o współczynnik 100 milionów.
Materiału nie można jeszcze włączyć do komercyjnych ogniw paliwowych. Po pierwsze, duża poprawa przewodnictwa jonowego będzie wymagała dalszej weryfikacji, mówi Wachsman, zwłaszcza w świetle trudności w pomiarze wydajności niezwykle cienkich materiałów. Po drugie, kierunek poprawy przewodności – wzdłuż płaszczyzny materiału, a nie prostopadle do niej – będzie wymagał przeprojektowania dzisiejszych ogniw paliwowych. Co więcej, czynnikiem ograniczającym temperaturę w ogniwach paliwowych są teraz materiały elektrod. Zanim możliwe będą ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem w temperaturze pokojowej, należy je również ulepszyć.
Jeśli jednak wstępne wyniki zostaną potwierdzone w przyszłych badaniach, nowe materiały będą stanowić znaczący postęp. Iwan Schuller , profesor fizyki na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego, mówi, że oznacza to poważną zmianę w wydajności elektrolitów. Dodaje: Z pewnością zmotywuje to do wielu nowych prac innych.