211service.com
Nedkøling af fastoxidbrændselsceller
Startup-virksomheden SiEnergy Systems har overvundet en stor barriere for at kommercialisere fastoxid-brændselsceller med en prototype, der fungerer ved temperaturer hundredvis af grader lavere end dem, der er på markedet i dag. Arbejder med professor i materialevidenskab fra Harvard Shriram Ramanathan , SiEnergy Systems, baseret i Boston, har demonstreret en fastoxid-brændselscelle, der kan fungere ved 500 grader Celsius, i modsætning til de 800 til 1.000 grader, der kræves af eksisterende enheder. Dette gør det muligt for cellen, som bruger en tyndfilmselektrolyt mekanisk understøttet af et metalgitter, at være meget større end lignende enheder fremstillet før - i størrelsesordenen centimeter i areal, den størrelse, der er nødvendig for praktiske anvendelser, snarere end mikrometer.
Stabile celler: Denne ultratynde brændselscelle-elektrolyt stabiliseres af et metalgitter. Den underliggende membran er synlig igennem i de runde huller i gitteret, som hver er omkring 100 mikrometer i diameter.
Fastoxid-brændselsceller, som kan drive en række forskellige brændstoffer, herunder diesel eller naturgas, bringer oxygen ind fra luften for at blive reduceret ved katoden, og passerer derefter oxygenionerne gennem en fastoxid-elektrolmembran til anoden, hvor brændstoffet oxideres for at producere elektroner, der trækkes ud af enheden. Deres høje driftstemperaturer er dikteret af det faktum, at ionerne bevæger sig hurtigere gennem elektrolytten ved højere temperaturer.
Hvis elektrolytten er meget tynd - kun et par hundrede nanometer tyk - kan en fastoxid-brændselscelle fungere ved lavere temperaturer. Sådanne elektrolytter kan drive meget små demonstrationsenheder, men indtil SiEnergy og Ramanathans arbejde havde ingen været i stand til at lave en ultratynd fastoxidmembran, der var stor nok til praktiske enheder, siger Harry Tuller , professor i materialevidenskab og teknik ved MIT. Udfordringen har været, at filmene, der er så tynde, er skrøbelige og nemt rives i stykker under forarbejdning eller under opvarmnings- og afkølingscyklusser, siger Tuller. Når de opvarmes og afkøles, udvider de forskellige materialer, som de er lavet af, sig og trækker sig sammen med forskellige hastigheder, hvilket beskadiger den sarte film. Vi og andre har forsøgt at støtte filmene med en eller flere strukturstøtter, siger han, men det er ikke lykkedes over så stort et område.
I et papir offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi , beskriver forskerne at lave en elektrolytmembran, der er mere stabil både termisk og mekanisk. De startede med en 100 nanometer tyk elektrolytmembran bestående af zirconia og yttrium. De afsatte et støttende metallisk gitter oven på det, for at holde membranen på plads, mens den blev opvarmet og afkølet, og da gitteret var lavet af ledende materiale, for at fungere som anode. De kombinerede dette med en tæt, højtydende katode, der tidligere var udviklet af Ramanathan. I deres offentliggjorte arbejde har SiEnergy demonstreret rækker af brændselsceller hver omkring fem millimeter i kvadrat. Ramanathan siger, at metoden kan skaleres op til de centimeterskalaområder, der er nødvendige for enheder.
SiEnergys general manager, Vincent Chun, siger, at dette kun er en første demonstration, og virksomheden arbejder nu på at integrere de tynde brændselsceller i fulde systemer og teste brændstoffer. Chun håber, at virksomhedens brændselsceller vil spare på materialeomkostningerne, fordi de er så tynde.Chun siger, at virksomheden planlægger at tilbyde erstatninger til dieselgeneratorer og boligvarme- og elproduktionssystemer.