211service.com
Praktiska bränsleceller för elektronik
Ett nytt schema för att skapa en kompakt enhet som effektivt omvandlar metanol till väte kan göra det praktiskt att integrera bränsleceller i bärbara datorer och annan bärbar elektronik. En sådan enhet kan låta en bärbar dator köras i 50 timmar och laddas omedelbart genom att byta in ett litet bränslepaket.
Het design: En ny plan för en bränsleprocessor (överst) som kan användas i bränsleceller kräver att en serie reaktorer arrangeras i koncentriska rör. I mitten finns en brännkammare, omgiven av kammare för att värma metanol och vatten, avlägsna väte från metanol och avlägsna kolmonoxid. Den nedre bilden visar ett alternativ för att integrera bränsleprocessorn med en vätebränslecell.
Bränsleceller som drivs av metanol eller annat flytande bränsle har länge hållits fram som en lösning på de ständigt växande energikraven från bärbar elektronik. Men bränsleceller som omvandlar metanol direkt till elektricitet är skrymmande. Bränsleceller som går på vätgas är mycket mer kompakta, men vätet tar, till skillnad från flytande bränsle, för mycket plats.
En idealisk kompromiss skulle vara ett system som använder en vätebränslecell men lagrar vätet i flytande form som metanol tills precis innan det behövs. Vätgas skulle frigöras i en serie steg i en bränsleprocessor som inkluderar uppvärmning av bränslet för att förånga det, uppvärmning av vatten för ångreformering och ytterligare reaktioner för att avlägsna kolmonoxid. Men utmaningen har varit att göra dem både små och effektiva.
Vid förra veckans American Chemical Society (ACS) möte i Boston, Ronald bättre , en professor i kemiteknik vid Stevens Institute of Technology, i Hoboken, NJ, beskrev ett nytt system som skulle kunna lösa problemet.
Till skillnad från tidigare konstruktioner, där de olika bearbetningsstegen byggs in i på varandra följande platta skikt, föreslår Besser en cylindrisk konstruktion där skikten bildar koncentriska rör. I en sådan design sprids värme i alla riktningar från en brännare i mitten, vilket underlättar de nödvändiga reaktionerna. För att hålla varje lager vid den optimala temperaturen skulle han inkorporera aerogeler, en relativt ny typ av isolering. För att minska kostnaderna föreslår han att man ska använda avancerad plast för flera av lagren.
Bränsleprocessorn för att generera de 20 watt effekt som behövs för en bärbar dator eller en stor radio skulle vara 4,8 centimeter i diameter och 10 centimeter lång. Att lägga till bränslecellen och bränslelagring kan innebära ytterligare 20 centimeters längd, uppskattar Besser, men processorn skulle fortfarande vara tillräckligt liten för att få plats i en bärbar dator. Med tanke på hela paketet skulle systemet lagra cirka 1 000 wattimmar per kilogram; de allra bästa batterierna når bara 300 wattimmar per kilogram, och bärbara batterier kan vara ungefär hälften av detta. Besser säger att ett sådant system potentiellt skulle kunna ge 5 till 10 gånger så mycket energi som ett batteri.
Jamie Holladay , en sessionsordförande vid ACS-konferensen, är optimistisk att systemet kan fungera. Han säger dock att hans egen forskning tyder på att det kanske inte är möjligt att införliva ett plastskikt, eftersom det kan försämras med tiden. Istället kan det vara möjligt att använda ett ytterskikt av metall eller keramik.
Ett antal forskargrupper på företag och i akademiska och statliga laboratorier har utvecklat komponenter för bränsleceller som snart kan vara redo att införlivas i produkter, även om Holladay inte förväntar sig att se dem på marknaden på minst två år till. (Se Bättre bränsleceller för bärbara datorer.) Det finns fortfarande problem att lösa med vätebränslecellerna. Till exempel producerar sådana bränsleceller vatten när de gör elektricitet, och att hitta ett sätt att bli av med det vattnet utan att påverka den omgivande elektroniken i en bärbar dator är en utmaning, säger han. Dessutom är bränslecellerna fortfarande dyra. Om ett bränslecellssystem kostar tre eller fyra gånger mer än ett batteri, frågar Holladay, varför inte bara köpa extra batterier för långa resor?
Och många experter tror att bränsleceller aldrig kommer att dyka upp i stor omfattning i konsumentelektronik. De tvivlar på att regulatorer, till exempel, kommer att tillåta passagerare att ta med sig brandfarliga vätskor på ett flygplan, även i små mängder och noggrant förpackade inuti systemet.
Ändå pekar förespråkare för tekniken på många praktiska tillämpningar. Räddningsarbetare med kraftfulla 20-watts radioapparater behöver energikällor som kan fungera i dagar eller veckor i sträck utan enkel tillgång till elnät. (Se Skriva ut bränsleceller.) Militären kan också vara en stor kund genom att använda tekniken för att ersätta batterier.