211service.com
Bedre brændselsceller til bærbare computere
Batterier er forbandet for forbrugerelektronikbrugere. De giver kun en begrænset mængde strøm, tager timer at genoplade og bliver med tiden mindre langtidsholdbare. I årevis har ingeniører set på brændselsceller - enheder, der producerer elektricitet ved at blande et brændstof med iltmolekyler - som en længerevarende alternativ strømforsyning. Men teknologien har altid stødt på forhindringer, der forhindrer den i at være lige så praktisk og omkostningseffektiv som batterier.
Nu har forskere ved Arizona State Universitys Biodesign Institute i Tempe udviklet en teknik, der kan hjælpe med at lave bedre brændselsceller til bærbare computere, kommunikationsenheder af militærkvalitet og potentielt mobiltelefoner. I forskning præsenteret i går på American Chemical Society-møde i San Francisco viste Dominic Gervasio, lektor i Center for Applied Nanobioscience i Arizona State, og hans team, at ved at tilføje et kemikalie fundet i frostvæske til natriumborhydrid - en væske, der bruges til at opbevare brint, molekylet, der driver brændselsceller - de kan lave en længerevarende brændselscelle. Det resulterende brændstof kunne drive en bærbar computer dobbelt så længe som ethvert batteri på markedet, samtidig med at det tillader stuetemperaturdrift i modsætning til mange andre brændselsceller.
Brændselsceller til bærbare enheder har vundet indpas i de sidste par år, da teknologien bag dem støt er blevet forbedret. Faktisk er de nu nået ud over forskningslaboratorier og har fundet vej til forskellige former for produktion. Millennium Cell, en Eatontown, NJ-baseret virksomhed, leverer brændselsceller til militære applikationer. Og ved årets udgang planlægger New York-baserede Medis Technologies at tilbyde en brændselscelleenhed til forbrugere, der er designet til øjeblikkeligt at genoplade standardbatterier i mobiltelefoner, MP3-afspillere og bærbare computere.
Natriumborhydrid, opløsningen brugt af Millennium Cell, Medis og Arizona State-teamet er ved at blive et populært valg til at opbevare brint til bærbare brændselsceller, siger Gervasio. En grund er, at den bruges med det mest etablerede brændselscelledesign. Denne type brændselscelle fungerer ved at kombinere brint med ilt fra luften for at producere elektrisk strøm. Derudover kan systemer, der bruger natriumborhydrid, gøres så små som konventionelle batterier, fordi opløsningen lagrer en stor mængde brint i et lille volumen. Desuden er det en relativt sikker væske, der ikke er brandfarlig. Man kunne tage en tændstik og sætte den ud i den, siger Gervasio.
Men for at lykkes som erstatning for batterier skal disse brændselsceller bevise sig markant bedre end de batterier, de sigter efter at erstatte, siger Gervasio. I øjeblikket producerer de fleste natriumborhydridbrændselsceller kun lidt mere elektrisk energi pr. volumen brændstof end konventionelle batterier, siger han. For at øge ydeevnen af deres brændselscellesystem vidste Gervasio og hans team, at de var nødt til at øge mængden af brint til rådighed for brændselscellen fra natriumborhydridopløsningen.
Mikrobrændselscellesystemer indeholder generelt tre dele: en patron med brændstof, et hydrolysekammer, hvor brint udvindes fra det flydende brændstof, og en brændselscelle, hvor brint blandes med ilt og skaber elektricitet. I Arizona State-forskernes system pumpes en blanding af vand og natriumborhydrid fra patronen ind i hydrolysekammeret, som indeholder en katalysator. Katalysatoren sætter gang i en kemisk reaktion, der frigør brint fra natriumborhydridopløsningen og skaber også biprodukter, der pumpes ud af kammeret og tilbage i brændstofpatronen for senere at blive bortskaffet.
Det virker logisk, at en forøgelse af koncentrationen af natriumborhydrid ville øge produktionen af brint og skabe et bedre ydende brændselscellesystem. Men, siger Gervasio, der er et skjult problem med dette scenarie. Et af biprodukterne af hydrolysereaktionen er boroxid, en forbindelse, der ikke let opløses i vand. Så når koncentrationen af natriumborhydrid stiger, stiger koncentrationen af det faste boroxid også, som gummier pumpesystemet op, hvilket begrænser, hvor meget natriumborhydrid, der kan bruges, siger Gervasio.
For at løse dette problem testede Gervasio og hans team opløsningsmidler, der opløser boroxid. De fandt ud af, at ved at tilsætte ethylenglycol til borhydridopløsningen kunne de bruge en koncentration af natriumborhydrid 50 procent stærkere end én uden ethylenglycol i opløsningen - hvilket øger mængden af brint, der kan opbevares og frigives - uden at producere de uønskede klumper af boroxid. Forskellen, siger Gervasio, er et brændselscellesystem, der kan drive en enhed omtrent dobbelt så lang som et batteri af samme størrelse og vægt.
Ethylenglycol er nyttig ikke kun for dets evne til at opløse boroxid, men også til at styre temperaturen på vandet i brændselscellen, tilføjer Gervasio. Ethylenglykol reducerer frysepunktet og øger kogepunktet for vand i brændselsceller, ligesom det gør i frostvæsken i en bils kølesystem. Et reduceret frysepunkt forhindrer vandet i natriumborhydridopløsningen i at blive til is på en kold dag, mens et øget kogepunkt kan holde systemet til at køre mere jævnt ved højere temperaturer.
Faktisk er styring af varme et aspekt af brændselscelleteknologi, som ingeniører skal overveje, når de designer effektive brændselsceller, siger Jack Brouwer, associeret direktør for National Fuel Cell Research Center ved University of California, Irvine. Og han føler, at Arizona State-forskningen er virkelig interessant arbejde i den henseende.
John Battaglini, vicepræsident for salg, marketing og produktstyring for Millennium Cell, siger, at hans virksomhed har taget lignende tilgange i sin brændselscelleudvikling; og tilføjer, at han er glad for at se flere mennesker, der kigger på natriumborhydrid, og forventer, at det vil føre til andre fremskridt.
Lige nu kigger Gervasios team på forskellige typer alkoholadditiver, der opløser boroxid såvel som eller bedre end ethylenglycol. Han vurderer, at der kan gå omkring fem år, før hans system bliver indbygget i en bærbar computer til forbrugere. Men bolden ruller: Han har ansøgt om en række patenter på teknologien og er i forhandlinger med enhedsproducenter om sine seneste fremskridt. Det har jeg meget håb om, siger han.