Как и батареи, топливные элементы производят энергию посредством электрохимического процесса. В отличие от батареек, они не разряжаются и не требуют подзарядки. Однако потенциальные преимущества топливных элементов нивелируются проблемами, которые включают стоимость, производительность и долговечность.
Исследователь из Мичиганского технологического университета Юн Ханг Ху и два аспиранта, Ханруи Су и Вей Чжан, взялись за решение этих задач, изменив традиционный путь топливного элемента, создав интерфейс между электролитом и расплавленным карбонатом в качестве сверхбыстрого канала для переноса ионов кислорода.
«Это позволило нам изобрести совершенно новый тип топливного элемента, твердотопливный элемент с карбонатной надстройкой (CSSFC)», — сказал Ху, который является профессором кафедры материаловедения и инженерии Чарльза и Кэрролла Макартуров в Департаменте материаловедения. и инженерия в Мичиганском технологическом институте.
Как и другие топливные элементы, CSSFC имеют широкий спектр потенциальных применений, от обеспечения энергией для работы транспортных средств на топливных элементах и производства электроэнергии в домашних условиях до целых электростанций. Поскольку CSSFC являются топливно-гибкими, они обеспечивают более высокую долговечность и эффективность преобразования энергии при более низких рабочих температурах, чем другие типы топливных элементов.
Большинство топливных элементов работают на водороде, обычно получаемом из водородосодержащих соединений, чаще всего метана , с помощью дорогостоящего процесса, называемого риформингом. Но CSSFC, разработанный в лаборатории Ху, может напрямую использовать метан или другое углеводородное топливо .
Ху сказал, что гибкость топлива представляет особый интерес для коммерческого применения. Кроме того, электрохимические характеристики нового топливного элемента при более низких рабочих температурах дают ряд других преимуществ. «Рабочая температура обычного твердооксидного топливного элемента обычно составляет 800 градусов Цельсия или выше, потому что перенос ионов в твердом электролите очень медленный при более низкой температуре», — сказал Ху. «Напротив, сверхструктурированный электролит CSSFC может обеспечить быстрый перенос ионов при 550 градусах Цельсия или ниже — даже при 470 градусах Цельсия».
Относительно низкая рабочая температура обеспечивает высокую теоретическую эффективность и более низкие затраты на изготовление элементов. Ху сказал, что он также потенциально безопаснее в эксплуатации, чем другие твердотопливные элементы.
Испытания CSSFC также показали беспрецедентно высокое напряжение холостого хода (OCV), что свидетельствует об отсутствии потерь тока утечки и высокой эффективности преобразования энергии.
По оценкам Ху, эффективность использования топлива CSSFC может достигать 60%. Для сравнения, средний КПД двигателя внутреннего сгорания составляет от 35% до 30%. Более высокая топливная эффективность CSSFC может привести к снижению выбросов углекислого газа в транспортных средствах.
Теги: батарея, энергия
