211service.com
Chladný palivový článek
Nový elektrolyt pro palivové články s pevným oxidem, vyrobený výzkumnými pracovníky ve Španělsku, funguje při teplotách o stovky stupňů nižších než běžné elektrolyty, což by mohlo pomoci učinit takové palivové články praktičtějšími.
Vodivé krystaly: Snímek skenovacího transmisního elektronového mikroskopu ukazuje krystalovou strukturu nového elektrolytického materiálu pro palivové články s pevným oxidem, který dobře funguje při pokojové teplotě.
Jacobo Santamaria z katedry aplikované fyziky na Universidad Complutense de Madrid ve Španělsku a jeho kolegové upravili yttriem stabilizovaný zirkoniový elektrolyt, běžný typ elektrolytu v palivových článcích s pevným oxidem, tak, aby fungoval těsně nad pokojovou teplotou. . Obvykle takové elektrolyty vyžadují teploty vyšší než 700 °C. V kombinaci s vylepšeními elektrod palivových článků by to mohlo snížit teplotu, při které tyto palivové články fungují.
Palivové články s pevným oxidem jsou slibné pro elektrárny nové generace, protože jsou účinnější než konvenční generátory, jako jsou parní turbíny, a mohou využívat větší škálu paliv než jiné palivové články. Mohou vyrábět elektřinu mimo jiné z benzínu, nafty, zemního plynu a vodíku. Vysoké teploty potřebné pro efektivní provoz však činí palivové články s pevnými oxidy drahými a omezují jejich použití. Nízkoteplotní elektrolyt uváděný španělskými výzkumníky by mohl být obrovským zlepšením pro palivové články s pevným oxidem, říká Eric Wachsman , ředitel Floridského institutu pro udržitelnou energii na Floridské univerzitě.
V palivovém článku s pevným oxidem je kyslík přiváděn do jedné elektrody a palivo je přiváděno do druhé. Elektrolyt umožňuje iontům kyslíku migrovat z jedné elektrody na druhou, kde se spojí s palivem; v nejjednodušším případě, ve kterém je palivem vodík, vzniká voda a uvolňují se elektrony. Elektrolyt brání elektronům v cestě přímo zpět na kyslíkovou stranu palivového článku a nutí je místo toho cestovat vnějším obvodem a vyrábět elektřinu. Touto okrouhlou cestou nakonec najdou cestu ke kyslíkové elektrodě, kde se spojí s plynným kyslíkem za vzniku kyslíkových iontů, čímž se cyklus udrží.
Elektrolyt – což je pevný materiál – obvykle vede ionty pouze při vysokých teplotách. Santamaria, čerpající z dřívější práce jiných výzkumníků, zjistil, že iontová vodivost při nízkých teplotách by mohla být výrazně zlepšena kombinací vrstev standardních elektrolytických materiálů s 10 nanometrovými vrstvami titaničitanu strontnatého. Zjistil, že kvůli rozdílům v krystalových strukturách materiálů vzniká v místech, kde se tyto dva materiály setkávají, velké množství volných kyslíkových míst – míst v krystalických strukturách materiálů, které by běžně hostily atom kyslíku. Tato prázdná místa tvoří cesty, které umožňují iontům kyslíku procházet materiálem a zlepšují vodivost materiálů při pokojové teplotě faktorem 100 milionů.
Materiál je stále ještě kousek od začlenění do komerčních palivových článků. Za prvé, velké zlepšení iontové vodivosti bude vyžadovat další ověření, říká Wachsman, zejména ve světle obtížnosti měření výkonu extrémně tenkých materiálů. Za druhé, směr zlepšené vodivosti – podél roviny materiálu spíše než kolmo k ní – bude vyžadovat přepracování dnešních palivových článků. A co víc, limitujícím faktorem pro teplotu v palivových článcích jsou nyní materiály elektrod. Než budou možné palivové články s pevným oxidem při pokojové teplotě, bude nutné je také zlepšit.
Pokud však první výsledky potvrdí budoucí výzkum, budou nové materiály představovat významný pokrok. Ivan Schuller , profesor fyziky na Kalifornské univerzitě v San Diegu, říká, že to představuje velkou změnu ve výkonu elektrolytů. Dodává, že to bude jistě motivovat ostatní k nové práci.