211service.com
Een koele microbrandstofcel
Vast-oxide brandstofcellen werken efficiënt op een breed scala aan conventionele brandstoffen en biobrandstoffen, maar hun hoge bedrijfstemperaturen hebben hun toepassingen beperkt. Veel onderzoekers werken aan dit probleem en ontwikkelen nieuwe elektrode- en elektrolytmaterialen die bij lagere temperaturen werken zonder afbreuk te doen aan de prestaties. Nu hebben onderzoekers in Japan een krachtige microbrandstofcel gedemonstreerd die werkt bij lagere temperaturen, dankzij een geherstructureerde elektrode.
Koele brandstof: Deze solid-oxide brandstofcel heeft een vermogen van één watt bij 600 graden Celsius en heeft een diameter van ongeveer twee millimeter. Door zijn grootte en bedrijfstemperatuur zou het een geschikte stroombron kunnen zijn voor snel startende draagbare apparaten.
De cel is geschikt voor draagbare stroombronnen, die snel moeten worden opgestart, en voor hulpvoeding voor auto's, zegt Toshio Suzuki, een onderzoeker bij het Japanse National Institute of Geavanceerde industriële wetenschap en technologie . Suzuki leidde de ontwikkeling van de nieuwe brandstofcel, die vandaag in het tijdschrift wordt beschreven Wetenschap . De cel is buisvormig en ongeveer twee millimeter in diameter; het uitgangsvermogen is ongeveer één watt bij 600 graden Celsius. Conventionele vaste-oxidebrandstofcellen werken bij temperaturen boven 700 graden.
Solid-oxide brandstofcellen genereren een elektrische stroom door zuurstof uit de lucht te halen en deze te gebruiken om brandstof te oxideren. Zuurstof komt door de kathodezijde, brandstof door de anodezijde; de twee reageren in de elektrolyt en vormen water en kooldioxide als afvalproducten, afhankelijk van het brandstoftype. Deze reactie is efficiënter dan conventionele generatoren. Vast-oxide brandstofcellen zijn ook efficiënter dan het andere overheersende type brandstofcel, dat gebruik maakt van dure platinakatalysatoren en een polymeermembraan dat verontreinigd kan raken, en dat alleen werkt op waterstofbrandstof.
Vast-oxide-brandstofcellen zijn flexibeler, krachtiger en hebben niet het probleem om besmet te raken, zegt Eric Wachsman , directeur van het Florida Institute for Sustainable Energy en voorzitter van materiaalwetenschap en -techniek aan de Universiteit van Florida. Het probleem met deze apparaten, zegt Wachsman, zijn de bedrijfstemperaturen. Dit betekent dat een lange opwarmtijd nodig kan zijn en dat u deze niet in een mobiele telefoon kunt gebruiken. De hoge temperaturen zorgen er ook voor dat de batterijcel verslijt.
De groep van Suzuki creëerde een krachtbron met een lagere bedrijfstemperatuur door de structuur van de anode, waar de brandstof binnenkomt, te verbeteren. De Japanse groep gebruikte conventionele technieken zoals lithografie en etsen om anoden te maken met verschillende porositeitsgraden. De best presterende anode was een zeer poreuze structuur op basis van nikkeloxide, een conventioneel materiaal voor deze elektroden. Suzuki zegt dat ze ervoor hebben gekozen om bestaande materialen te gebruiken omdat hun prestaties in de loop van de tijd zijn bewezen. Dit zijn betrouwbare materialen voor stabiliteit op de lange termijn en hebben een kostenvoordeel in vergelijking met andere nieuwe materialen voor vaste-oxidebrandstofcellen bij lage temperatuur, legt hij uit.
De uitvoering is zonder twijfel best goed, zegt Harry Tuller , hoogleraar keramiek en elektronische materialen aan het MIT. Dit is een mooie systematische studie die de evolutionaire impact van aangetoonde verbeteringen in de elektrode laat zien, zegt hij. Tuller waarschuwt echter dat de elektroden en het elektrolyt zijn gedoteerd met kleine hoeveelheden dure materialen, wat de cellen zou kunnen kosten. De anode bevat naast nikkeloxide een kleine hoeveelheid van het zeldzame element scandium.
Wachsman zegt dat het moeilijk is om de bedrijfstemperatuur van deze cellen te verlagen zonder concessies te doen aan het vermogen. Hij werkt ook aan nieuwe vaste-oxide brandstofcelelektrodestructuren. Met een andere set materialen en een vergelijkbare aanpak demonstreerde Wachsman onlangs een brandstofcel met een geherstructureerde anode en een nieuwe elektrolyt voor een vermogen van twee watt per vierkante centimeter bij 650 graden. Dit werk wordt beschreven in het tijdschrift Elektrochemische communicatie .
Suzuki zegt dat zijn groep in gesprek is met verschillende bedrijven over het commercialiseren van de cellen.