211service.com
Lepší palivové články pro notebooky
Baterie jsou prokletí uživatelů spotřební elektroniky. Poskytují pouze omezené množství energie, nabíjení trvá hodiny a postupem času se stávají méně dlouhotrvajícími. Inženýři po léta hledali palivové články – zařízení, která vyrábějí elektřinu smícháním paliva s molekulami kyslíku – jako dlouhodobější alternativní zdroj energie. Tato technologie však vždy narážela na překážky, které jí bránily být tak praktické a nákladově efektivní jako baterie.
Nyní výzkumníci z Biodesign Institute v Arizonské státní univerzitě v Tempe vyvinuli techniku, která by mohla pomoci vytvořit lepší palivové články pro notebooky, komunikační zařízení na vojenské úrovni a případně i mobilní telefony. Ve výzkumu prezentovaném včera na setkání American Chemical Society v San Franciscu Dominic Gervasio, docent v Centru pro aplikovanou nanobiovědu ve státě Arizona, a jeho tým ukázali, že přidáním chemikálie nalezené v nemrznoucí směsi do borohydridu sodného – kapaliny používané ke skladování vodík, molekula, která pohání palivové články – mohou vytvořit palivový článek s delší životností. Výsledné palivo by mohlo pohánět notebook dvakrát déle než kterákoli baterie na trhu, přičemž by na rozdíl od mnoha jiných palivových článků umožňoval provoz při pokojové teplotě.
Palivové články pro přenosná zařízení získávají v posledních letech na síle, protože technologie, která za nimi stojí, se neustále zdokonaluje. Ve skutečnosti se nyní dostali za hranice výzkumných laboratoří a dostali se do různých forem výroby. Millennium Cell, společnost se sídlem v Eatontownu v New Jersey, dodává palivové články pro vojenské aplikace. A do konce roku společnost Medis Technologies se sídlem v New Yorku plánuje nabídnout spotřebitelské zařízení s palivovými články určené k okamžitému dobíjení standardních baterií v mobilních telefonech, MP3 přehrávačích a noteboocích.
Borohydrid sodný, roztok používaný společnostmi Millennium Cell, Medis a týmem státu Arizona, se stává oblíbenou volbou pro skladování vodíku pro přenosné palivové články, říká Gervasio. Jedním z důvodů je, že se používá s nejběžnější konstrukcí palivových článků. Tento typ palivových článků funguje tak, že slučuje vodík s kyslíkem ze vzduchu za vzniku elektrického proudu. Systémy, které využívají borohydrid sodný, mohou být navíc vyrobeny stejně malé jako běžné baterie, protože roztok uchovává velké množství vodíku v malém objemu. Navíc je to relativně bezpečná kapalina, která není hořlavá. Mohl bys vzít zápalku a dát ji do ní, říká Gervasio.
Aby však tyto palivové články uspěly jako náhrada za baterie, musí se ukázat jako výrazně lepší než baterie, které chtějí nahradit, říká Gervasio. V současné době většina palivových článků na bázi borohydridu sodného produkuje pouze o něco více elektrické energie na objem paliva než konvenční baterie, říká. Aby zvýšili výkon svého systému palivových článků, Gervasio a jeho tým věděli, že potřebují zvýšit množství vodíku dostupného pro palivový článek z roztoku borohydridu sodného.
Systémy mikropalivových článků obecně obsahují tři části: zásobník paliva, hydrolyzační komoru, kde je vodík extrahován z kapalného paliva, a palivový článek, kde se vodík mísí s kyslíkem a vytváří elektřinu. V systému výzkumných pracovníků státu Arizona je směs vody a borohydridu sodného čerpána z kazety do hydrolyzační komory, která obsahuje katalyzátor. Katalyzátor spustí chemickou reakci, která uvolňuje vodík z roztoku borohydridu sodného a také vytváří vedlejší produkty, které jsou čerpány z komory a zpět do palivové kazety, aby byly později zlikvidovány.
Zdálo by se logické, že zvýšení koncentrace borohydridu sodného by zvýšilo produkci vodíku a vytvořilo by lépe fungující systém palivových článků. Gervasio však říká, že tento scénář má skrytý problém. Jedním z vedlejších produktů hydrolytické reakce je oxid boritý, sloučenina, která se ve vodě snadno nerozpouští. Takže když se koncentrace borohydridu sodného zvyšuje, zvyšuje se i koncentrace pevného oxidu boritého, který narušuje čerpací systém a omezuje množství borohydridu sodného, které lze použít, říká Gervasio.
K vyřešení tohoto problému Gervasio a jeho tým testovali rozpouštědla, která rozpouštějí oxid boritý. Zjistili, že přidáním ethylenglykolu do roztoku hydridu boritého mohou použít koncentraci borohydridu sodného o 50 procent silnější než koncentraci bez ethylenglykolu v roztoku – čímž se zvýší množství vodíku, který lze uložit a uvolnit – bez vytváření nežádoucích shluků. oxidu boritého. Rozdíl, říká Gervasio, je systém palivových článků, který dokáže napájet zařízení zhruba dvakrát déle než baterie stejné velikosti a hmotnosti.
Ethylenglykol je užitečný nejen pro svou schopnost rozpouštět oxid boritý, ale také pro řízení teploty vody v palivovém článku, dodává Gervasio. Ethylenglykol snižuje bod tuhnutí a zvyšuje bod varu vody v palivových článcích, stejně jako tomu je u nemrznoucí směsi v chladicím systému automobilu. Snížený bod tuhnutí zabraňuje tomu, aby se voda v roztoku borohydridu sodného za chladného dne změnila na led, zatímco zvýšený bod varu by mohl zajistit plynulejší chod systému při vyšších teplotách.
Řízení tepla je skutečně jedním z aspektů technologie palivových článků, které musí inženýři vzít v úvahu při navrhování účinných palivových článků, říká Jack Brouwer, zástupce ředitele National Fuel Cell Research Center na University of California, Irvine. A má pocit, že výzkum státu Arizona je v tomto ohledu skutečně zajímavou prací.
John Battaglini, viceprezident prodeje, marketingu a produktového managementu Millennium Cell, říká, že jeho společnost zvolila podobné přístupy při vývoji palivových článků; a dodává, že je rád, že se na borohydrid sodný dívá více lidí, a očekává, že to povede k dalším pokrokům v řadě.
Právě teď se Gervasiův tým dívá na různé typy alkoholových přísad, které rozpouštějí oxid boritý stejně nebo lépe než etylenglykol. Odhaduje, že to může trvat asi pět let, než bude jeho systém začleněn do spotřebitelského notebooku. Ale míč se valí: podal žádost o řadu patentů na technologii a jedná s výrobci zařízení o svých nedávných pokrocích. V to hodně doufám, říká.