Kylning av bränsleceller med fast oxid

Startupföretaget SiEnergy Systems har övervunnit ett stort hinder för att kommersialisera fastoxidbränsleceller med en prototyp som fungerar vid temperaturer som är hundratals grader lägre än de som finns på marknaden idag. Arbetar med professor i materialvetenskap från Harvard Shriram Ramanathan , SiEnergy Systems, baserat i Boston, har visat en bränslecell av fast oxid som kan arbeta vid 500 grader Celsius, i motsats till de 800 till 1 000 grader som krävs av befintliga enheter. Detta gör att cellen, som använder en tunnfilmselektrolyt som mekaniskt stöds av ett metallgaller, kan vara mycket större än liknande enheter som tillverkats tidigare - i storleksordningen centimeter i yta, storleken som behövs för praktiska tillämpningar, snarare än mikrometer.

Stabila celler: Denna ultratunna bränslecellselektrolyt stabiliseras av ett metallgaller. Det underliggande membranet syns igenom i de runda hålen i gallret, som var och en är cirka 100 mikrometer i diameter.

Fastoxidbränsleceller, som kan driva en mängd olika bränslen, inklusive diesel eller naturgas, tar in syre från luften för att reduceras vid katoden och passerar sedan syrejonerna genom ett fastoxidelektrolmembran till anoden, där bränslet oxideras för att producera elektroner som dras ut ur enheten. Deras höga driftstemperaturer dikteras av det faktum att jonerna rör sig snabbare genom elektrolyten vid högre temperaturer.

Om elektrolyten är mycket tunn - bara några hundra nanometer tjock - kan en fastoxidbränslecell fungera vid lägre temperaturer. Sådana elektrolyter kan driva mycket små demonstrationsenheter, men fram till SiEnergy och Ramanathans arbete hade ingen kunnat göra ett ultratunt fastoxidmembran stort nog för praktiska enheter, säger Harry Tuller , professor i materialvetenskap och teknik vid MIT. Utmaningen har varit att filmerna, eftersom de är så tunna, är ömtåliga och lätt rivs sönder under bearbetning eller under uppvärmnings- och kylcykler, säger Tuller. När de värms och kyls expanderar de olika materialen som de är gjorda av och drar ihop sig i olika hastigheter, vilket skadar den ömtåliga filmen. Vi och andra har försökt stödja filmerna med ett eller flera strukturstöd, säger han, men har inte lyckats med det över en så stor yta.

I en artikel publicerad i tidskriften Naturens nanoteknik , beskriver forskarna att göra ett elektrolytmembran som är mer stabilt både termiskt och mekaniskt. De började med ett 100 nanometer tjockt elektrolytmembran bestående av zirkoniumoxid och yttrium. De placerade ett stödjande metalliskt galler ovanpå det för att hålla membranet på plats medan det värmdes och kyldes och, eftersom gallret var gjort av ledande material, för att fungera som anod. De kombinerade detta med en tät, högpresterande katod som tidigare utvecklats av Ramanathan. I sitt publicerade arbete har SiEnergy visat uppsättningar av bränsleceller vardera cirka fem millimeter i kvadrat. Ramanathan säger att metoden kan skalas upp till de centimeterskala områden som behövs för enheter.

SiEnergys general manager, Vincent Chun, säger att detta bara är en första demonstration och att företaget nu arbetar med att integrera de tunna bränslecellerna i kompletta system och testa bränslen. Chun hoppas att företagets bränsleceller kommer att spara på materialkostnader eftersom de är så tunna. Chun säger att företaget planerar att erbjuda ersättningar för dieselgeneratorer och hemuppvärmning och kraftgenereringssystem.

Dölj