211service.com
Praktische brandstofcellen voor elektronica
Een nieuw schema voor het maken van een compact apparaat dat methanol efficiënt in waterstof omzet, zou het praktisch kunnen maken om brandstofcellen op te nemen in laptops en andere draagbare elektronica. Met zo'n apparaat kan een laptop 50 uur meegaan en onmiddellijk worden opgeladen door een klein brandstofpakket om te wisselen.
Heet ontwerp: Een nieuw plan voor een brandstofprocessor (boven) die in brandstofcellen kan worden gebruikt, vraagt om het plaatsen van een reeks reactoren in concentrische buizen. In het midden bevindt zich een verbrandingskamer, omgeven door kamers voor het verwarmen van methanol en water, het strippen van waterstof uit methanol en het verwijderen van koolmonoxide. De onderste afbeelding toont een optie voor het integreren van de brandstofprocessor met een waterstofbrandstofcel.
Brandstofcellen aangedreven door methanol of een andere vloeibare brandstof worden al lang beschouwd als een oplossing voor de steeds groter wordende energiebehoefte van draagbare elektronica. Maar brandstofcellen die methanol direct omzetten in elektriciteit zijn omvangrijk. Brandstofcellen die op waterstofgas werken zijn veel compacter, maar de waterstof neemt, in tegenstelling tot vloeibare brandstof, te veel ruimte in beslag.
Een ideaal compromis zou een systeem zijn dat een waterstofbrandstofcel gebruikt, maar de waterstof in vloeibare vorm opslaat als methanol tot net voordat het nodig is. De waterstof zou in een reeks stappen in een brandstofprocessor worden vrijgemaakt, waaronder het verwarmen van de brandstof om het te verdampen, het verwarmen van water voor stoomreforming en verdere reacties voor het verwijderen van koolmonoxide. Maar de uitdaging was om ze zowel klein als efficiënt te maken.
Tijdens de bijeenkomst van de American Chemical Society (ACS) vorige week in Boston, Ronald Beter , een professor in chemische technologie aan het Stevens Institute of Technology, in Hoboken, NJ, een nieuw systeem beschreef dat het probleem zou kunnen oplossen.
In tegenstelling tot eerdere ontwerpen, waarbij de verschillende bewerkingsstappen in opeenvolgende vlakke lagen zijn ingebouwd, stelt Besser een cilindrisch ontwerp voor waarbij de lagen concentrische buizen vormen. In een dergelijk ontwerp verspreidt warmte zich in alle richtingen vanuit een verbrandingskamer in het midden, wat de nodige reacties vergemakkelijkt. Om elke laag op de optimale temperatuur te houden, zou hij aerogels opnemen, een relatief nieuw type isolatie. Om de kosten te drukken stelt hij voor om voor een aantal lagen geavanceerde kunststoffen te gebruiken.
De brandstofprocessor voor het genereren van de 20 watt stroom die nodig is voor een laptop of een grote radio zou 4,8 centimeter in diameter en 10 centimeter lang zijn. Het toevoegen van de brandstofcel en brandstofopslag zou nog eens 20 centimeter lengte kunnen betekenen, schat Besser, maar de processor zou nog steeds klein genoeg zijn om in een laptop te passen. Als we naar het hele pakket kijken, zou het systeem zo'n 1.000 wattuur per kilogram opslaan; de allerbeste batterijen halen slechts 300 wattuur per kilogram, en laptopbatterijen kunnen ongeveer de helft daarvan zijn. Besser zegt dat een dergelijk systeem mogelijk 5 tot 10 keer zoveel energie kan leveren als een batterij.
Jamie Holladay , een sessievoorzitter op de ACS-conferentie, is optimistisch dat het systeem kan werken. Hij zegt echter dat zijn eigen onderzoek suggereert dat het aanbrengen van een plastic laag misschien niet mogelijk is, omdat het na verloop van tijd zou kunnen verslechteren. In plaats daarvan is het misschien mogelijk om een metalen of keramische buitenlaag te gebruiken.
Een aantal onderzoeksgroepen bij bedrijven en in academische en overheidslaboratoria hebben componenten voor brandstofcellen ontwikkeld die binnenkort in producten kunnen worden verwerkt, hoewel Holladay niet verwacht dat ze nog minstens twee jaar op de markt zullen komen. (Zie Betere brandstofcellen voor laptops .) Er moeten nog problemen worden opgelost met de waterstofbrandstofcellen. Dergelijke brandstofcellen produceren bijvoorbeeld water terwijl ze elektriciteit maken, en het is een uitdaging om een manier te vinden om van dat water af te komen zonder de omringende elektronica in een laptop aan te tasten, zegt hij. Bovendien zijn de brandstofcellen nog steeds duur. Als een brandstofcelsysteem drie of vier keer meer kost dan een batterij, waarom zou Holladay dan niet gewoon extra batterijen kopen voor lange reizen?
En veel experts zijn van mening dat brandstofcellen nooit op grote schaal zullen verschijnen in consumentenelektronica. Ze betwijfelen of regelgevers bijvoorbeeld zullen toestaan dat passagiers ontvlambare vloeistoffen in een vliegtuig meenemen, zelfs in kleine hoeveelheden en zorgvuldig verpakt in het systeem.
Toch wijzen voorstanders van de technologie op tal van praktische toepassingen. Hulpverleners met krachtige radio's van 20 watt hebben energiebronnen nodig die dagen of weken achter elkaar kunnen werken zonder directe toegang tot elektriciteit van het elektriciteitsnet. (Zie Brandstofcellen printen.) Het leger zou ook een grote klant kunnen zijn, door de technologie te gebruiken om batterijen te vervangen.