211service.com
Bensinbränslecell skulle öka elbilars räckvidd
Om du vill ta med en elbil på en långfärd behöver du en gasdriven generator, som den i Chevrolet Volt, för att utöka dess räckvidd. Problemet är att när den körs på generatorn är den inte mer effektiv än en vanlig bil. Faktum är att den är ännu mindre effektiv, eftersom den har ett tungt batteripaket att släpa runt på.
Gasslukare: Bränslecellen utvecklad vid University of Maryland.
Nu har forskare vid University of Maryland gjort en bränslecell som kan ge ett mycket effektivare alternativ till en bensingenerator. Liksom alla bränsleceller genererar den elektricitet genom en kemisk reaktion, snarare än genom att bränna bränsle, och kan vara dubbelt så effektiv på att generera elektricitet som en generator som använder förbränning.
Forskarnas bränslecell är en kraftigt förbättrad version av en typ som har en fast keramisk elektrolyt, och är känd som en fastoxidbränslecell. Till skillnad från de vätebränsleceller som vanligtvis används i bilar, kan fastoxidbränsleceller köras på en mängd olika lättillgängliga bränslen, inklusive diesel, bensin och naturgas. De har använts för att generera ström till byggnader, men de har ansetts vara opraktiska för användning i bilar eftersom de är alldeles för stora och eftersom de fungerar vid mycket höga temperaturer - vanligtvis vid cirka 900 ⁰C.
Genom att utveckla nya elektrolytmaterial och ändra cellens design gjorde forskarna en bränslecell som är mycket mer kompakt. Den kan producera 10 gånger så mycket kraft, för sin storlek, som en konventionell, och kan vara mindre än en bensinmotor samtidigt som den producerar lika mycket kraft.
Forskarna har också sänkt temperaturen där bränslecellen fungerar med hundratals grader, vilket gör att de kan använda billigare material. Det är en enorm skillnad i kostnad, säger Eric Wachsman, chef för University of Maryland Energy Research Center, som ledde forskningen. Han säger att forskarna har identifierat enkla sätt att förbättra effektuttaget och minska temperaturen ytterligare, med metoder som redan visar lovande resultat i labbet. Dessa framsteg kan föra kostnaderna till en punkt att de är konkurrenskraftiga med bensinmotorer. Wachsman säger att han är i ett tidigt skede av att starta ett företag för att kommersialisera tekniken.
Wachsmans bränsleceller fungerar för närvarande vid 650 ⁰C, och hans mål är att få ner det till 350 ⁰C för användning i bilar. Att isolera bränslecellerna är inte svårt eftersom de är små - en bränslecellsstapel som är stor nog att driva en bil skulle bara behöva vara 10 centimeter på sidan. Höga temperaturer är ett större problem eftersom de gör det nödvändigt att använda dyra, värmebeständiga material i enheten, och eftersom uppvärmning av cellen till driftstemperaturer tar lång tid. Genom att sänka temperaturerna kan Wachsman använda billigare material och minska den tid det tar för cellen att starta.
Även med dessa framsteg skulle bränslecellen inte tändas omedelbart, och att slå på och av den för varje kort resa i bilen skulle orsaka mycket slitage, vilket minskar dess livslängd. Istället skulle det paras ihop med ett batteripaket, eftersom en förbränningsmotor sitter i Volt, säger Wachsman. Bränslecellen skulle då kunna köras mer stadigt och tjäna till att hålla batteriet toppat utan att ge accelerationsskurar.
Forskarna uppnådde sitt resultat till stor del genom att modifiera det fasta elektrolytmaterialet i kärnan av en fastoxidbränslecell. I bränsleceller på marknaden, såsom en tillverkad av Bloom Energy, måste elektrolyten göras tillräckligt tjock för att ge strukturellt stöd. Men elektrolytens tjocklek begränsar kraftgenereringen. Under de senaste åren har forskare utvecklat konstruktioner som inte kräver elektrolyten för att stödja cellen så att de kan göra elektrolyten tunnare och uppnå hög effekt vid lägre temperaturer. Forskarna vid University of Maryland tog detta ett steg längre genom att utveckla nya flerskiktiga elektrolyter som ökar uteffekten ytterligare.
Arbetet är en del av ett större U.S. Department of Energy-satsning under det senaste decenniet för att göra fastoxidbränsleceller praktiska. De första frukterna av denna ansträngning kommer sannolikt inte att vara bränsleceller i bilar - hittills har Wachsman bara tillverkat relativt små bränsleceller, och betydande ingenjörsarbete återstår att göra. De första användningarna av fasta oxidbränslen i fordon kan vara på långdistanslastbilar med sovhytter.
Utrustningsleverantörer som Delphi och Cummins utvecklar bränsleceller som kan driva luftkonditioneringsapparater, TV-apparater och mikrovågsugnar inne i hytterna, vilket kan minska bränsleförbrukningen med 85 procent jämfört med att gå på tomgång i lastbilens motor. Delphi-systemet använder också en design som tillåter en tunnare elektrolyt, men den fungerar vid högre temperaturer än Wachsmans bränslecell. Bränslecellen kunde vändas på måndag och lämnas att köras med låga hastigheter hela veckan och ändå få 85 procents minskning. Delphi har byggt en prototyp och planerar att demonstrera sitt system på en lastbil nästa år.