211service.com
Benzin brændselscelle ville øge elbilernes rækkevidde
Hvis du vil have en elbil med på en lang køretur, skal du bruge en gasdrevet generator, som den i Chevrolet Volt, for at udvide rækkevidden. Problemet er, at når den kører på generatoren, er den ikke mere effektiv end en konventionel bil. Faktisk er den endnu mindre effektiv, fordi den har en tung batteripakke at slæbe rundt på.
Gassluger: Brændselscellen udviklet ved University of Maryland.
Nu har forskere ved University of Maryland lavet en brændselscelle, der kunne give et langt mere effektivt alternativ til en benzingenerator. Som alle brændselsceller genererer den elektricitet gennem en kemisk reaktion, snarere end ved at brænde brændstof, og kan være dobbelt så effektiv til at generere elektricitet som en generator, der bruger forbrænding.
Forskernes brændselscelle er en stærkt forbedret udgave af en type, der har en fast keramisk elektrolyt, og som er kendt som en fastoxid brændselscelle. I modsætning til de brintbrændselsceller, der typisk bruges i biler, kan fastoxidbrændselsceller køre på en række let tilgængelige brændstoffer, herunder diesel, benzin og naturgas. De er blevet brugt til at generere strøm til bygninger, men de er blevet betragtet som upraktiske til brug i biler, fordi de er alt for store, og fordi de fungerer ved meget høje temperaturer - typisk ved omkring 900 ⁰C.
Ved at udvikle nye elektrolytmaterialer og ændre cellens design lavede forskerne en brændselscelle, der er meget mere kompakt. Den kan producere 10 gange så meget strøm i forhold til sin størrelse som en konventionel motor og kunne være mindre end en benzinmotor, mens den producerer lige så meget strøm.
Forskerne har også sænket den temperatur, som brændselscellen fungerer ved, med hundredvis af grader, hvilket vil give dem mulighed for at bruge billigere materialer. Det er en enorm forskel i omkostningerne, siger Eric Wachsman, direktør for University of Maryland Energy Research Center, der ledede forskningen. Han siger, at forskerne har identificeret enkle måder at forbedre effektudgangen og reducere temperaturen yderligere ved at bruge metoder, der allerede viser lovende resultater i laboratoriet. Disse fremskridt kan bringe omkostningerne til et punkt, hvor de er konkurrencedygtige med benzinmotorer. Wachsman siger, at han er i de tidlige stadier af at starte en virksomhed for at kommercialisere teknologien.
Wachsmans brændselsceller fungerer i øjeblikket ved 650 ⁰C, og hans mål er at bringe det ned til 350 ⁰C til brug i biler. Det er ikke svært at isolere brændselscellerne, da de er små - en brændselscellestak, der er stor nok til at drive en bil, behøver kun at være 10 centimeter på en side. Høje temperaturer er et større problem, fordi de gør det nødvendigt at bruge dyre, varmebestandige materialer i enheden, og fordi opvarmning af cellen til driftstemperaturer tager lang tid. Ved at sænke temperaturerne kan Wachsman bruge billigere materialer og reducere den tid, det tager cellen at starte.
Selv med disse fremskridt ville brændselscellen ikke tænde med det samme, og at tænde og slukke for den for hver kort tur i bilen, ville forårsage meget slitage og reducere dens levetid. I stedet ville det være parret med en batteripakke, da en forbrændingsmotor er i Volt, siger Wachsman. Brændselscellen kunne derefter køre mere stabilt og tjene til at holde batteriet toppet uden at give udbrud af acceleration.
Forskerne opnåede deres resultat i vid udstrækning ved at modificere det faste elektrolytmateriale i kernen af en fastoxid-brændselscelle. I brændselsceller på markedet, såsom en fremstillet af Bloom Energy, skal elektrolytten gøres tyk nok til at give strukturel støtte. Men tykkelsen af elektrolytten begrænser strømproduktionen. I løbet af de sidste mange år har forskere udviklet design, der ikke kræver, at elektrolytten understøtter cellen, så de kan gøre elektrolytten tyndere og opnå høj effekt ved lavere temperaturer. Forskere fra University of Maryland tog dette et skridt videre ved at udvikle nye flerlagselektrolytter, der øger effekten endnu mere.
Arbejdet er en del af en større indsats fra det amerikanske energiministerium i det seneste årti for at gøre fastoxid-brændselsceller praktiske. De første frugter af denne indsats vil sandsynligvis ikke være brændselsceller i biler - indtil videre har Wachsman kun lavet relativt små brændselsceller, og der mangler et betydeligt ingeniørarbejde. De første anvendelser af fast oxidbrændstof i køretøjer kan være på langdistancelastbiler med sovekabine.
Udstyrsleverandører som Delphi og Cummins udvikler brændselsceller, der kan drive klimaanlæg, tv'er og mikrobølger inde i førerhusene, hvilket potentielt kan reducere brændstofforbruget med 85 procent sammenlignet med at køre lastbilens motor i tomgang. Delphi-systemet bruger også et design, der giver mulighed for en tyndere elektrolyt, men det fungerer ved højere temperaturer end Wachsmans brændselscelle. Brændselscellen kunne drejes om mandagen og lades køre med lave hastigheder hele ugen og stadig få 85 procents reduktion. Delphi har bygget en prototype og planlægger at demonstrere sit system på en lastbil næste år.