Praktyczne ogniwa paliwowe dla elektroniki

Nowy schemat stworzenia kompaktowego urządzenia, które wydajnie przekształca metanol w wodór, może sprawić, że praktyczne zastosowanie ogniw paliwowych może mieć laptopy i inne przenośne urządzenia elektroniczne. Takie urządzenie może pozwolić laptopowi działać przez 50 godzin i zostać natychmiast naładowane poprzez wymianę małego pakietu paliwowego.

Gorący projekt: Nowy plan procesora paliwa (góra), który mógłby być używany w ogniwach paliwowych, wymaga rozmieszczenia szeregu reaktorów w koncentrycznych rurach. W centrum znajduje się komora spalania otoczona komorami do podgrzewania metanolu i wody, usuwania wodoru z metanolu i usuwania tlenku węgla. Zdjęcie dolne przedstawia jedną opcję integracji procesora paliwa z wodorowym ogniwem paliwowym.

Ogniwa paliwowe zasilane metanolem lub innym paliwem płynnym od dawna uważane są za rozwiązanie stale rosnącego zapotrzebowania na energię w przenośnej elektronice. Ale ogniwa paliwowe, które bezpośrednio przetwarzają metanol w energię elektryczną, są nieporęczne. Ogniwa paliwowe zasilane gazowym wodorem są znacznie bardziej zwarte, ale wodór, w przeciwieństwie do paliw płynnych, zajmuje zbyt dużo miejsca.

Idealnym kompromisem byłby system, który wykorzystuje wodorowe ogniwo paliwowe, ale przechowuje wodór w postaci płynnej jako metanol, aż do momentu, gdy będzie potrzebny. Wodór byłby uwalniany w szeregu etapów w procesorze paliwa, które obejmują podgrzewanie paliwa w celu jego odparowania, podgrzewanie wody do reformingu parowego i dalsze reakcje w celu usunięcia tlenku węgla. Ale wyzwaniem było uczynienie ich zarówno małymi, jak i wydajnymi.

Na zeszłotygodniowym spotkaniu American Chemical Society (ACS) w Bostonie, Ronald Lepiej , profesor inżynierii chemicznej w Stevens Institute of Technology w Hoboken w stanie New Jersey, opisał nowy system, który może rozwiązać ten problem.

W przeciwieństwie do poprzednich projektów, w których różne etapy przetwarzania są wbudowane w kolejne płaskie warstwy, Besser proponuje konstrukcję cylindryczną, w której warstwy tworzą koncentryczne rury. W takiej konstrukcji ciepło rozchodzi się we wszystkich kierunkach z komory spalania w środku, ułatwiając niezbędne reakcje. Aby utrzymać każdą warstwę w optymalnej temperaturze, zastosował aerożele, stosunkowo nowy rodzaj izolacji. Aby obniżyć koszty, proponuje zastosowanie zaawansowanych tworzyw sztucznych w kilku warstwach.

Procesor paliwa do generowania 20 watów mocy potrzebnej do laptopa lub dużego radia miałby 4,8 centymetra średnicy i 10 centymetrów długości. Dodanie ogniwa paliwowego i magazynu paliwa może oznaczać kolejne 20 centymetrów długości, szacuje Besser, ale procesor nadal byłby wystarczająco mały, aby zmieścić się w laptopie. Biorąc pod uwagę cały pakiet, system przechowywałby około 1000 watogodzin na kilogram; najlepsze baterie osiągają zaledwie 300 watogodzin na kilogram, a baterie do laptopów mogą stanowić około połowę tego. Besser twierdzi, że taki system mógłby potencjalnie dostarczać od 5 do 10 razy więcej energii niż bateria.

Jamie Holladay , przewodniczący sesji na konferencji ACS, jest optymistą, że system może działać. Twierdzi jednak, że jego własne badania sugerują, że wprowadzenie warstwy z tworzywa sztucznego może nie być możliwe, ponieważ z czasem może się ona pogarszać. Zamiast tego może być możliwe zastosowanie metalowej lub ceramicznej warstwy zewnętrznej.

Wiele grup badawczych w firmach oraz laboratoriach akademickich i rządowych opracowało komponenty do ogniw paliwowych, które wkrótce mogą być gotowe do włączenia do produktów, chociaż Holladay nie spodziewa się, że pojawią się one na rynku przez co najmniej kolejne dwa lata. (Zobacz Lepsze ogniwa paliwowe do laptopów). Nadal istnieją problemy do rozwiązania z wodorowymi ogniwami paliwowymi. Na przykład takie ogniwa paliwowe wytwarzają wodę, gdy wytwarzają energię elektryczną, a znalezienie sposobu na pozbycie się tej wody bez wpływu na otaczającą elektronikę w laptopie jest wyzwaniem, mówi. Co więcej, ogniwa paliwowe wciąż są drogie. Holladay pyta, że ​​jeśli system ogniw paliwowych kosztuje trzy lub cztery razy więcej niż bateria, dlaczego nie kupić dodatkowych baterii na długie podróże?

Wielu ekspertów uważa, że ​​ogniwa paliwowe nigdy nie pojawią się na szeroką skalę w elektronice użytkowej. Wątpią, aby na przykład organy regulacyjne umożliwiły pasażerom wnoszenie na pokład samolotu płynów łatwopalnych, nawet w niewielkich ilościach i starannie zapakowanych wewnątrz systemu.

Mimo to zwolennicy technologii wskazują na liczne praktyczne zastosowania. Pracownicy ratownictwa z potężnymi 20-watowymi radiotelefonami potrzebują źródeł energii, które mogą pracować przez wiele dni lub tygodni bez dostępu do sieci elektrycznej. (Patrz Drukowanie ogniw paliwowych.) Wojsko może być również głównym klientem, korzystając z technologii wymiany baterii.

ukryć