211service.com
En cool mikrobränslecell
Fastoxidbränsleceller drivs effektivt på en mängd olika konventionella bränslen och biobränslen, men deras höga driftstemperaturer har begränsat deras användningsområden. Många forskare arbetar med detta problem och utvecklar nya elektrod- och elektrolytmaterial som fungerar vid lägre temperaturer utan att kompromissa med prestanda. Nu har forskare i Japan demonstrerat en högpresterande mikrobränslecell som arbetar vid lägre temperaturer, tack vare en omstrukturerad elektrod.
Coolt bränsle: Denna fastoxidbränslecell har en effekt på en watt vid 600 grader Celsius och är cirka två millimeter i diameter. Dess storlek och driftstemperatur kan göra den till en lämplig strömkälla för snabbstartade bärbara enheter.
Cellen är lämplig för bärbara kraftkällor, som kräver snabb uppstart, såväl som hjälpkraft för bilar, säger Toshio Suzuki, forskare vid Japans National Institute of Avancerad industriell vetenskap och teknik . Suzuki ledde utvecklingen av den nya bränslecellen, som idag beskrivs i tidskriften Vetenskap . Cellen är rörformad och cirka två millimeter i diameter; dess uteffekt är cirka en watt vid 600 grader Celsius. Konventionella fastoxidbränsleceller arbetar vid temperaturer över 700 grader.
Fastoxidbränsleceller genererar en elektrisk ström genom att dra syre från luften och använda det för att oxidera bränsle. Syre kommer genom katodsidan, bränsle genom anodsidan; de två reagerar i elektrolyten och bildar vatten och koldioxid som avfallsprodukter, beroende på bränsletyp. Denna reaktion är mer effektiv än konventionella generatorer. Fastoxidbränsleceller är också effektivare än den andra dominerande bränslecellstypen, som använder dyra platinakatalysatorer och ett polymermembran som kan bli förorenat och körs endast på vätebränsle.
Fastoxidbränsleceller är mer flexibla, mer kraftfulla och har inte problemet att bli förorenade, säger Eric Wachsman , chef för Florida Institute for Sustainable Energy och ordförande för materialvetenskap och ingenjörskonst vid University of Florida. Problemet med dessa enheter, säger Wachsman, är driftstemperaturerna. Detta innebär att en lång uppvärmningstid kan krävas och att du inte kan använda en i en mobiltelefon. De höga temperaturerna gör också att battericellen slits ut.
Suzukis grupp skapade en kraftkälla med lägre driftstemperatur genom att förbättra strukturen på anoden, där bränslet kommer in. Den japanska gruppen använde konventionella tekniker inklusive litografi och etsning för att göra anoder med olika grader av porositet. Den bäst presterande anoden var en mycket porös struktur baserad på nickeloxid, ett konventionellt material för dessa elektroder. Suzuki säger att de valde att använda befintliga material eftersom deras prestanda över tid har bevisats. Det är pålitliga material för långsiktig stabilitet och har en kostnadsfördel jämfört med andra nya material för lågtemperaturbränsleceller med fast oxid, förklarar han.
Prestationen är utan tvekan ganska bra, säger Harry Tuller , professor i keramik och elektroniskt material vid MIT. Det här är en trevlig systematisk studie som visar den evolutionära effekten av påvisade förbättringar i elektroden, säger han. Tuller varnar dock för att elektroderna och elektrolyten är dopade med små mängder dyra material, vilket kan öka kostnader för cellerna. Anoden innehåller, förutom nickeloxid, en liten mängd av det sällsynta grundämnet scandium.
Wachsman säger att det är svårt att få ner driftstemperaturen för dessa celler utan att kompromissa med effektuttaget. Han arbetar också med nya fastoxid-bränslecellelektrodstrukturer. Med hjälp av en annan uppsättning material och ett liknande tillvägagångssätt demonstrerade Wachsman nyligen en bränslecell med en omstrukturerad anod och en ny elektrolyt för en uteffekt på två watt per kvadratcentimeter vid 650 grader. Detta arbete beskrivs i tidskriften Elektrokemi kommunikation .
Suzuki säger att hans grupp för diskussioner med flera företag om att kommersialisera cellerna.