211service.com
Benzinebrandstofcel zou het bereik van elektrische auto's vergroten
Als je een lange rit met een elektrische auto wilt maken, heb je een generator op gas nodig, zoals die in de Chevrolet Volt, om het bereik te vergroten. Het probleem is dat wanneer hij op de generator draait, hij niet efficiënter is dan een conventionele auto. Het is zelfs nog minder efficiënt, omdat het een zwaar batterijpakket heeft om mee te sjouwen.
Gasslurper: De brandstofcel is ontwikkeld aan de Universiteit van Maryland.
Nu hebben onderzoekers van de Universiteit van Maryland een brandstofcel gemaakt die een veel efficiënter alternatief zou kunnen zijn voor een benzinegenerator. Zoals alle brandstofcellen wekt het elektriciteit op door een chemische reactie, in plaats van door brandstof te verbranden, en kan het twee keer zo efficiënt zijn in het opwekken van elektriciteit als een generator die verbranding gebruikt.
De brandstofcel van de onderzoekers is een sterk verbeterde versie van een type dat een vaste keramische elektrolyt heeft, en staat bekend als een vaste-oxide-brandstofcel. In tegenstelling tot de waterstofbrandstofcellen die doorgaans in auto's worden gebruikt, kunnen vaste-oxidebrandstofcellen op een verscheidenheid aan gemakkelijk verkrijgbare brandstoffen werken, waaronder diesel, benzine en aardgas. Ze werden gebruikt voor het opwekken van stroom voor gebouwen, maar werden als onpraktisch beschouwd voor gebruik in auto's omdat ze veel te groot zijn en omdat ze bij zeer hoge temperaturen werken, meestal rond de 900 ⁰C.
Door nieuwe elektrolytmaterialen te ontwikkelen en het ontwerp van de cel te veranderen, maakten de onderzoekers een brandstofcel die veel compacter is. Hij kan 10 keer zoveel vermogen produceren voor zijn grootte als een conventionele, en kan kleiner zijn dan een benzinemotor terwijl hij evenveel vermogen produceert.
De onderzoekers hebben ook de temperatuur waarbij de brandstofcel werkt met honderden graden verlaagd, waardoor ze goedkopere materialen kunnen gebruiken. Het is een enorm kostenverschil, zegt Eric Wachsman, directeur van het University of Maryland Energy Research Center, die het onderzoek leidde. Hij zegt dat de onderzoekers eenvoudige manieren hebben gevonden om het vermogen te verbeteren en de temperatuur nog verder te verlagen, met methoden die in het laboratorium al veelbelovende resultaten opleveren. Deze vooruitgang zou de kosten zo hoog kunnen maken dat ze concurrerend zijn met benzinemotoren. Wachsman zegt dat hij zich in de beginfase bevindt van het starten van een bedrijf om de technologie te commercialiseren.
De brandstofcellen van Wachsman werken momenteel op 650 ⁰C en zijn doel is om dat voor gebruik in auto's terug te brengen naar 350 ⁰C. Het isoleren van de brandstofcellen is niet moeilijk omdat ze klein zijn - een brandstofcelstapel die groot genoeg is om een auto van stroom te voorzien, hoeft maar 10 centimeter aan een kant te zijn. Hoge temperaturen zijn een groter probleem omdat ze het gebruik van dure, hittebestendige materialen in het apparaat noodzakelijk maken, en omdat het lang duurt om de cel op bedrijfstemperatuur te brengen. Door de temperaturen te verlagen, kan Wachsman goedkopere materialen gebruiken en de starttijd van de cel verkorten.
Zelfs met deze vooruitgang zou de brandstofcel niet meteen aangaan, en het aan- en uitzetten bij elke korte rit in de auto zou veel slijtage veroorzaken en de levensduur verkorten. In plaats daarvan zou het worden gecombineerd met een batterijpakket, zoals een verbrandingsmotor in de Volt zit, zegt Wachsman. De brandstofcel zou dan stabieler kunnen werken en dient om de batterij bij te houden zonder uitbarstingen van acceleratie.
De onderzoekers bereikten hun resultaat grotendeels door het vaste elektrolytmateriaal in de kern van een vast-oxidebrandstofcel te modificeren. In brandstofcellen op de markt, zoals die van Bloom Energy, moet het elektrolyt dik genoeg worden gemaakt om structurele ondersteuning te bieden. Maar de dikte van het elektrolyt beperkt de energieopwekking. In de afgelopen jaren hebben onderzoekers ontwerpen ontwikkeld waarbij de elektrolyt niet nodig is om de cel te ondersteunen, zodat ze de elektrolyt dunner kunnen maken en een hoog vermogen bij lagere temperaturen kunnen bereiken. De onderzoekers van de Universiteit van Maryland gingen nog een stap verder door nieuwe meerlaagse elektrolyten te ontwikkelen die het uitgangsvermogen nog meer verhogen.
Het werk maakt deel uit van een grotere inspanning van het Amerikaanse ministerie van Energie in de afgelopen tien jaar om vaste-oxidebrandstofcellen praktisch te maken. De eerste vruchten van die inspanning zullen waarschijnlijk niet de brandstofcellen in auto's zijn - tot nu toe heeft Wachsman alleen relatief kleine brandstofcellen gemaakt en er moet nog veel technisch werk worden verzet. De eerste toepassingen van vaste oxidebrandstoffen in voertuigen zijn mogelijk op langeafstandsvrachtwagens met slaapcabines.
Leveranciers van apparatuur zoals Delphi en Cummins ontwikkelen brandstofcellen die de airconditioners, tv's en magnetrons in de cabines van stroom kunnen voorzien, waardoor het brandstofverbruik mogelijk met 85 procent wordt verlaagd in vergelijking met het stationair draaien van de motor van de vrachtwagen. Het Delphi-systeem maakt ook gebruik van een ontwerp dat een dunnere elektrolyt mogelijk maakt, maar het werkt bij hogere temperaturen dan de brandstofcel van Wachsman. De brandstofcel zou op maandag kunnen worden ingeschakeld en de hele week tegen lage tarieven kunnen draaien en toch de 85 procent reductie krijgen. Delphi heeft een prototype gebouwd en is van plan om het systeem volgend jaar op een vrachtwagen te demonstreren.