211service.com
En cool brændselscelle
En ny elektrolyt til fastoxid-brændselsceller, lavet af forskere i Spanien, fungerer ved temperaturer, der er hundredvis af grader lavere end konventionelle elektrolytter, hvilket kan hjælpe med at gøre sådanne brændselsceller mere praktiske.
Ledende krystaller: Et scannende transmissionselektronmikroskopbillede viser krystalstrukturen af et nyt elektrolytmateriale til fastoxidbrændselsceller, der fungerer godt ved stuetemperatur.
Jacobo Santamaria , fra afdelingen for anvendt fysik ved Universidad Complutense de Madrid i Spanien, og hans kolleger har modificeret en yttria-stabiliseret zirconiumoxidelektrolyt, en almindelig type elektrolyt i fastoxidbrændselsceller, så den fungerer ved lige over stuetemperatur . Normalt kræver sådanne elektrolytter temperaturer på mere end 700 °C. Kombineret med forbedringer af brændselscelleelektroderne kan dette sænke temperaturen, som disse brændselsceller fungerer ved.
Fastoxid-brændselsceller er lovende for næste generations kraftværker, fordi de er mere effektive end konventionelle generatorer, såsom dampturbiner, og de kan bruge et større udvalg af brændstoffer end andre brændselsceller. De kan generere elektricitet med blandt andet benzin, diesel, naturgas og brint. Men de høje temperaturer, der kræves for effektiv drift, gør fastoxidbrændselsceller dyre og begrænser deres anvendelse. Den lavtemperaturelektrolyt rapporteret af de spanske forskere kan være en enorm forbedring for fastoxidbrændselsceller, siger Erik Wachsman , direktør for Florida Institute for Sustainable Energy, ved University of Florida.
I en fastoxid-brændselscelle tilføres ilt til den ene elektrode, og brændstof tilføres den anden. Elektrolytten tillader oxygenioner at migrere fra den ene elektrode til den anden, hvor de kombineres med brændstoffet; i det simpleste tilfælde, hvor brint er brændstoffet, producerer dette vand og frigiver elektroner. Elektrolytten forhindrer elektronerne i at rejse direkte tilbage til iltsiden af brændselscellen, og tvinger dem i stedet til at rejse gennem et eksternt kredsløb og generere elektricitet. Via denne kredsløbsrute finder de til sidst vej til iltelektroden, hvor de kombineres med iltgas for at danne iltioner, som foreviger cyklussen.
Elektrolytten – som er et fast materiale – leder typisk kun ioner ved høje temperaturer. Santamaria, der trækker på tidligere arbejde fra andre forskere, fandt ud af, at den ioniske ledningsevne ved lave temperaturer kunne forbedres betydeligt ved at kombinere lag af standard elektrolytmaterialer med 10 nanometer tykke lag af strontiumtitanat. Han fandt ud af, at der på grund af forskellene i materialernes krystalstrukturer dannes et stort antal ilt ledige pladser inden for de krystallinske strukturer af materialerne, der normalt ville være vært for et oxygenatom, hvor disse to materialer mødes. Disse ledige stillinger danner veje, der tillader iltionerne at bevæge sig gennem materialet, hvilket forbedrer materialernes ledningsevne ved stuetemperatur med en faktor på 100 mio.
Materialet er stadig et stykke vej fra at blive inkorporeret i kommercielle brændselsceller. For det første vil den store forbedring i ionisk ledningsevne kræve yderligere verifikation, siger Wachsman, især i lyset af vanskeligheden ved at måle ydeevnen af ekstremt tynde materialer. For det andet vil retningen af den forbedrede ledningsevne – langs materialets plan snarere end vinkelret på det – kræve et redesign af nutidens brændselsceller. Hvad mere er, er den begrænsende faktor for temperaturen i brændselsceller nu elektrodematerialerne. Før stuetemperatur fastoxid-brændselsceller er mulige, skal disse også forbedres.
Men hvis de første resultater bekræftes af fremtidig forskning, vil de nye materialer repræsentere et betydeligt fremskridt. Ivan Schuller , en professor i fysik ved University of California, San Diego, siger, at dette repræsenterer en stor ændring i ydeevnen af elektrolytter. Han tilføjer: Det vil helt sikkert motivere til meget nyt arbejde fra andre.