211service.com
Lepsze ogniwa paliwowe do laptopów
Baterie są zmorą użytkowników elektroniki użytkowej. Zapewniają one tylko ograniczoną ilość energii, ładowanie trwają godzinami, a z czasem stają się mniej trwałe. Od lat inżynierowie traktują ogniwa paliwowe – urządzenia wytwarzające energię elektryczną poprzez mieszanie paliwa z cząsteczkami tlenu – jako trwalsze alternatywne źródło zasilania. Jednak technologia ta zawsze napotykała przeszkody, które uniemożliwiały jej bycie tak praktyczną i opłacalną jak baterie.
Teraz naukowcy z Instytutu Biodesignu Arizona State University w Tempe opracowali technikę, która może pomóc w tworzeniu lepszych ogniw paliwowych do laptopów, urządzeń komunikacyjnych klasy wojskowej i potencjalnie telefonów komórkowych. W badaniach przedstawionych wczoraj na spotkaniu Amerykańskiego Towarzystwa Chemicznego w San Francisco, Dominic Gervasio, profesor nadzwyczajny w Center for Applied Nanobioscience w stanie Arizona, wraz z zespołem wykazał, że dodając substancję chemiczną znalezioną w płynie niezamarzającym do borowodorku sodu – cieczy używanej do przechowywania wodór, cząsteczka, która zasila ogniwa paliwowe – mogą one wytworzyć trwalsze ogniwo paliwowe. Otrzymane paliwo może zasilać laptop dwa razy dłużej niż jakakolwiek bateria dostępna na rynku, jednocześnie umożliwiając pracę w temperaturze pokojowej, w przeciwieństwie do wielu innych ogniw paliwowych.
Ogniwa paliwowe do urządzeń przenośnych zyskują na popularności w ciągu ostatnich kilku lat, ponieważ stoją za nimi technologie stale ulepszane. Rzeczywiście, wyszli teraz poza laboratoria badawcze i wkroczyli do różnych form produkcji. Millennium Cell, firma z siedzibą w Eatontown w stanie New Jersey, dostarcza ogniwa paliwowe do zastosowań wojskowych. Do końca roku firma Medis Technologies z siedzibą w Nowym Jorku planuje zaoferować konsumenckie urządzenie z ogniwami paliwowymi, zaprojektowane do natychmiastowego ładowania standardowych baterii w telefonach komórkowych, odtwarzaczach MP3 i laptopach.
Borowodorek sodu, rozwiązanie stosowane przez Millennium Cell, Medis i zespół Arizona State, staje się popularnym wyborem do przechowywania wodoru w przenośnych ogniwach paliwowych, mówi Gervasio. Jednym z powodów jest to, że jest używany z najbardziej uznaną konstrukcją ogniw paliwowych. Ten rodzaj ogniwa paliwowego działa poprzez łączenie wodoru z tlenem z powietrza w celu wytworzenia prądu elektrycznego. Ponadto systemy wykorzystujące borowodorek sodu mogą być tak małe, jak konwencjonalne akumulatory, ponieważ roztwór przechowuje dużą ilość wodoru w małej objętości. Co więcej, jest to stosunkowo bezpieczna i niepalna ciecz. Możesz wziąć zapałkę i ją w nią zgasić, mówi Gervasio.
Ale aby odnieść sukces jako zamiennik baterii, te ogniwa paliwowe muszą okazać się znacznie lepsze niż baterie, które mają zastąpić, mówi Gervasio. Obecnie większość ogniw paliwowych z borowodorkiem sodu wytwarza tylko nieco więcej energii elektrycznej na objętość paliwa niż konwencjonalne baterie, mówi. Aby zwiększyć wydajność swojego systemu ogniw paliwowych, Gervasio i jego zespół wiedzieli, że muszą zwiększyć ilość wodoru dostępnego dla ogniwa paliwowego z roztworu borowodorku sodu.
Systemy mikroogniw paliwowych zazwyczaj składają się z trzech części: wkładu paliwowego, komory hydrolizy, w której wodór jest wydobywany z paliwa płynnego, oraz ogniwa paliwowego, w którym wodór miesza się z tlenem, wytwarzając energię elektryczną. W systemie badaczy stanu Arizona mieszanina wody i borowodorku sodu jest pompowana z wkładu do komory hydrolizy zawierającej katalizator. Katalizator uruchamia reakcję chemiczną, która uwalnia wodór z roztworu borowodorku sodu, a także tworzy produkty uboczne, które są wypompowywane z komory iz powrotem do wkładu paliwowego, gdzie są później usuwane.
Wydaje się logiczne, że zwiększenie stężenia borowodorku sodu zwiększyłoby produkcję wodoru i stworzyłoby lepiej działający system ogniw paliwowych. Jednak Gervasio mówi, że w tym scenariuszu jest ukryty problem. Jednym z produktów ubocznych reakcji hydrolizy jest tlenek boru, związek, który nie rozpuszcza się łatwo w wodzie. Tak więc, gdy wzrasta stężenie borowodorku sodu, rośnie też stężenie stałego tlenku boru, który blokuje system pompowania, ograniczając ilość użytego borowodorku sodu, mówi Gervasio.
Aby rozwiązać ten problem, Gervasio i jego zespół przetestowali rozpuszczalniki, które rozpuszczają tlenek boru. Odkryli, że dodając glikol etylenowy do roztworu wodorku boru, mogą użyć stężenia borowodorku sodu o 50 procent silniejszego niż stężenie bez glikolu etylenowego w roztworze – zwiększając ilość wodoru, który można przechowywać i uwalniać – bez wytwarzania niepożądanych zbryleń tlenku boru. Różnica, mówi Gervasio, polega na systemie ogniw paliwowych, który może zasilać urządzenie mniej więcej dwa razy dłużej niż bateria o tym samym rozmiarze i wadze.
Glikol etylenowy jest przydatny nie tylko ze względu na jego zdolność do rozpuszczania tlenku boru, ale także do kontrolowania temperatury wody w ogniwie paliwowym, dodaje Gervasio. Glikol etylenowy obniża temperaturę zamarzania i podwyższa temperaturę wrzenia wody w ogniwach paliwowych, podobnie jak w płynie przeciw zamarzaniu układu chłodzenia samochodu. Obniżona temperatura zamarzania zapobiega zamienianiu się wody w roztworze borowodorku sodu w lód w chłodne dni, podczas gdy podwyższona temperatura wrzenia może zapewnić płynniejszą pracę systemu w wyższych temperaturach.
Rzeczywiście, zarządzanie ciepłem to jeden z aspektów technologii ogniw paliwowych, który inżynierowie muszą wziąć pod uwagę przy projektowaniu wydajnych ogniw paliwowych, mówi Jack Brouwer, zastępca dyrektora National Fuel Cell Research Center na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine. Uważa, że badania stanu Arizona są pod tym względem naprawdę interesujące.
John Battaglini, wiceprezes ds. sprzedaży, marketingu i zarządzania produktami w Millennium Cell, mówi, że jego firma przyjęła podobne podejście w rozwoju ogniw paliwowych; i dodaje, że cieszy go, że więcej osób patrzy na borowodorek sodu i spodziewa się, że doprowadzi to do dalszych postępów.
Obecnie zespół Gervasio przygląda się różnym rodzajom dodatków alkoholowych, które rozpuszczają tlenek boru równie dobrze lub lepiej niż glikol etylenowy. Szacuje, że może minąć około pięciu lat, zanim jego system zostanie włączony do laptopa konsumenckiego. Ale piłka się toczy: złożył wniosek o szereg patentów dotyczących technologii i prowadzi rozmowy z twórcami urządzeń na temat swoich ostatnich osiągnięć. Mam na to dużą nadzieję, mówi.