211service.com
Vast-oxidebrandstofcellen afkoelen
Start-up SiEnergy Systems heeft een grote barrière overwonnen om vaste-oxide-brandstofcellen op de markt te brengen met een prototype dat werkt bij temperaturen die honderden graden lager zijn dan die op de huidige markt. Werken met Harvard professor materiaalkunde Shriram Ramanathan , heeft SiEnergy Systems, gevestigd in Boston, een vaste-oxide-brandstofcel gedemonstreerd die kan werken bij 500 graden Celsius, in tegenstelling tot de 800 tot 1000 graden die vereist zijn voor bestaande apparaten. Hierdoor kan de cel, die een dunnefilmelektrolyt gebruikt dat mechanisch wordt ondersteund door een metalen rooster, veel groter zijn dan vergelijkbare apparaten die eerder zijn gefabriceerd - in de orde van centimeters in oppervlakte, de grootte die nodig is voor praktische toepassingen, in plaats van micrometers.
Stabiele cellen: Deze ultradunne brandstofcel-elektrolyt wordt gestabiliseerd door een metalen rooster. Het onderliggende membraan is zichtbaar door de ronde gaten in het rooster, die elk ongeveer 100 micrometer in diameter zijn.
Vast-oxide-brandstofcellen, die een verscheidenheid aan brandstoffen kunnen gebruiken, waaronder diesel of aardgas, brengen zuurstof uit de lucht die moet worden gereduceerd bij de kathode en leiden de zuurstofionen vervolgens door een vast-oxide-elektroly-membraan naar de anode, waar de brandstof wordt geoxideerd om elektronen te produceren die uit het apparaat worden getrokken. Hun hoge bedrijfstemperaturen worden bepaald door het feit dat de ionen bij hogere temperaturen sneller door de elektrolyt bewegen.
Als de elektrolyt erg dun is - slechts een paar honderd nanometer dik - kan een brandstofcel met vaste oxide werken bij lagere temperaturen. Dergelijke elektrolyten kunnen zeer kleine demonstratie-apparaten aandrijven, maar tot het werk van SiEnergy en Ramanathan was niemand in staat om een ultradun membraan van vaste oxide te maken dat groot genoeg was voor praktische apparaten, zegt Harry Tuller , hoogleraar materiaalkunde en techniek aan het MIT. De uitdaging was dat de films, omdat ze zo dun zijn, kwetsbaar zijn en gemakkelijk scheuren tijdens verwerking of tijdens verwarmings- en koelcycli, zegt Tuller. Bij verwarming en koeling zetten de verschillende materialen waarvan ze zijn gemaakt uit en krimpen ze met verschillende snelheden, waardoor de delicate film wordt beschadigd. Wij en anderen hebben geprobeerd de films te ondersteunen met een of meer structurele steunen, zegt hij, maar zijn er niet in geslaagd om dat over een zo groot gebied te doen.
In een artikel gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , beschrijven de onderzoekers het maken van een elektrolytmembraan dat zowel thermisch als mechanisch stabieler is. Ze begonnen met een 100 nanometer dik elektrolytmembraan van zirkonium en yttrium. Ze plaatsten er een ondersteunend metalen rooster bovenop om het membraan op zijn plaats te houden terwijl het werd verwarmd en afgekoeld en, aangezien het rooster was gemaakt van geleidend materiaal, om als anode te fungeren. Ze combineerden dit met een dichte, hoogwaardige kathode die eerder door Ramanathan was ontwikkeld. In hun gepubliceerde werk heeft SiEnergy arrays van brandstofcellen gedemonstreerd die elk ongeveer vijf millimeter in het vierkant zijn. Ramanathan zegt dat de methode kan worden opgeschaald naar de centimeterschaal die nodig is voor apparaten.
De algemeen directeur van SiEnergy, Vincent Chun, zegt dat dit slechts een eerste demonstratie is en dat het bedrijf nu werkt aan de integratie van de dunne brandstofcellen in volledige systemen en het testen van brandstoffen. Chun hoopt dat de brandstofcellen van het bedrijf zullen besparen op materiaalkosten omdat ze zo dun zijn. Chun zegt dat het bedrijf van plan is vervangingen aan te bieden voor dieselgeneratoren en verwarmings- en stroomopwekkingssystemen voor woningen.