Budování lepšího palivového článku

Palivové články založené na pevných kyselých sloučeninách mohou nabízet vyšší napětí, vyšší provozní teploty, menší složitost systému a více palivových možností než současné palivové články. Takže tento týden hlásí výzkumníci z Kalifornského technologického institutu Příroda .

Palivové články přeměňují chemickou energii přímo na elektrickou energii, což je efektivnější proces než spalování ( viz Naplňte vodík ). Nejslibnější palivové články využívají membrány vyrobené z polymerních elektrolytů. Fungují tak, že palivo, jako je vodík, prochází přes membránu, která je propustná pouze pro protony. Elektron vodíku musí obíhat membránu a generovat elektrický proud. Na druhé straně membrány se vodík váže se vzdušným kyslíkem, takže jediným vedlejším produktem je voda.

Ale polymerní elektrolytové membrány mají jednu hlavní nevýhodu: potřebují vlhkost, aby fungovaly. To omezuje provozní podmínky pod bod varu vody – hlavní omezení, kde a jak lze palivové články používat.

Aby polymer fungoval, musí být vlhký, říká Sossina Haile, odborná asistentka materiálové vědy na Caltech a hlavní autorka Příroda papír. To znamená, že existuje mnoho problémů s vodním hospodářstvím a problémy s řízením teploty. Musíte ji udržovat v chladu, ale ne příliš chladnou, mokrou, ale ne příliš mokrou. (Příliš mnoho vodní páry, která kondenzuje na povrchu membrány a blokuje plyn.) To vše zvyšuje složitost – a tím i cenu palivových článků, říká.

Žádná voda, žádný problém

	Výzkumná skupina profesora Haileho (zleva doprava): Calum Chisholm, Ryan Merle, Dane Boysen a Sossina Haile.

Na rozdíl od polymerních elektrolytových membrán jsou pevné kyselé membrány Haile bezvodé, což znamená, že fungují bez ohledu na to, zda je přítomna voda. v Příroda Haile uvádí pozitivní výsledky při teplotách až 160 °C pro membrány vyrobené z hydrogensíranu česného – pevné kyseliny, která je přibližně stejně levná jako stolní sůl, říká Haile.

Protony vodivý elektrolyt bez vody je úžasná věc, říká Sekharipuram Narayanan, výzkumník palivových článků v Laboratoři proudového pohonu Národního úřadu pro letectví a vesmír, který v minulosti spolupracoval s Haile.

Narayananův výzkum se zaměřuje na pohon palivových článků metanolem – oblast, která by mohla získat velkou podporu z pevných kyselých membrán. Takzvané přímé metanolové palivové články využívají jako palivo namísto vodíku metanol. Membrány na bázi polymerů však také umožňují, aby část metanolu procházela, aniž by vytvářela energii, což je problém nazývaný přechod s methanolem. Ačkoli to nebylo prokázáno, Haile teoretizuje, že pevné kyseliny mohou snížit přechod methanolu.

Síra, velký problém?

Pokud však mají být palivové články na bázi pevných kyselin někdy životaschopným zdrojem energie, musí být překonány hlavní překážky. Haileho prototyp generoval pouze 50 miliampérů proudu na centimetr čtvereční membrány, ve srovnání s 1 ampérem na centimetr čtvereční generovaným membránami s polymerním elektrolytem.

Tady je velmi Ještě dlouhá cesta s jejím přístupem, než se stane téměř užitečným, říká Tom Zawodzinski, výzkumník palivových článků z Los Alamos National Laboratory, v e-mailu pro technologyreview.com.

Další problém: pevné elektrolyty, jako je Haile's, nepracují při pokojové teplotě a musí se zahřát, než začnou vyrábět energii. To není žádný velký problém, říká Narayanan, když poháníte auto, ale malé aplikace, jako jsou mobilní telefony, jsou téměř nemožné.

Snad největší překážkou je, že Haileho membrána obsahuje síru, která reaguje s vodíkovým palivem a postupně snižuje výkon palivového článku. Problém je v tom, že palivový článek – elektrolyt – čelí extrémnímu prostředí, říká Haile. Membrána má v sobě síru, která bude reagovat s vodíkem. Produkt reakce, sirovodík, zasahuje do chemické reakce, při které vzniká elektřina.

Aby problém vyřešila, Haileho výzkumná skupina hledá pevné kyseliny, které neobsahují žádnou síru. Je to něco, co se dá vyřešit dnes, nebo se to nevyřeší nikdy, říká.

skrýt