Labākas degvielas šūnas izveide

Kurināmā elementi, kuru pamatā ir cieto skābju savienojumi, var piedāvāt augstāku spriegumu, augstāku darba temperatūru, mazāku sistēmas sarežģītību un vairāk degvielas iespēju nekā mūsdienu kurināmā elementi. Tāpēc šonedēļ ziņojiet Kalifornijas Tehnoloģiju institūta pētniekiem Daba .

Kurināmā elementi ķīmisko enerģiju tieši pārvērš elektroenerģijā, kas ir efektīvāks process nekā sadegšana ( skatiet Piepildiet ar ūdeņradi ). Daudzsološākajās degvielas šūnās tiek izmantotas membrānas, kas izgatavotas no polimēru elektrolītiem. Tie darbojas, laižot cauri membrānai degvielu, piemēram, ūdeņradi, kas ir tikai protonu caurlaidīga. Ūdeņraža elektronam jāiet apkārt membrānai, radot elektrisko strāvu. Membrānas otrā pusē ūdeņradis saistās ar atmosfēras skābekli, tāpēc vienīgais blakusprodukts ir ūdens.

Taču polimēru elektrolītu membrānām ir viens būtisks trūkums: lai tās darbotos, ir nepieciešams mitrums. Tas ierobežo darbības apstākļus zem ūdens viršanas temperatūras, kas ir galvenais ierobežojums kur un kā var izmantot kurināmā elementus.

Lai tas darbotos, polimēram ir jābūt mitram, saka Sossina Haile, Caltech materiālu zinātnes docente un galvenā autore. Daba papīrs. Tas nozīmē, ka ir daudz ūdens apsaimniekošanas un temperatūras pārvaldības problēmu. Jums tas jātur vēss, bet ne pārāk vēss, mitrs, bet ne pārāk mitrs. (Pārāk daudz ūdens tvaiku, un tas kondensējas uz membrānas virsmas un bloķē gāzi.) Tas viss palielina kurināmā elementu sarežģītību un līdz ar to arī izmaksas, viņa saka.

Nav ūdens, nav problēmu

	Profesora Hailes pētniecības grupa (no kreisās uz labo): Calum Chisholm, Ryan Merle, Dane Boysen un Sossina Haile.

Atšķirībā no polimēru elektrolītu membrānām, Haile cietās skābes membrānas ir bezūdens, kas nozīmē, ka tās darbojas neatkarīgi no tā, vai ir vai nav ūdens. In Daba Haile ziņoja par pozitīviem rezultātiem temperatūrā līdz 160 °C attiecībā uz membrānām, kas izgatavotas no cēzija hidrogēnsulfāta — cietas skābes, kas ir aptuveni tikpat lēta kā galda sāls, saka Haile.

Protonus vadošs elektrolīts, kas nesatur ūdeni, ir brīnišķīga lieta, saka Sekharipuram Narajanans, Nacionālās aeronautikas un kosmosa administrācijas Reaktīvo dzinēju laboratorijas degvielas šūnu pētnieks, kurš iepriekš ir strādājis ar Hailu.

Narajanana pētījumi ir vērsti uz kurināmā elementu darbināšanu ar metanolu - jomu, kas varētu iegūt lielu stimulu no cietās skābes membrānām. Tā sauktās tiešās metanola kurināmā elementi degvielai izmanto metanolu, nevis ūdeņradi. Taču uz polimēru bāzes izgatavotas membrānas ļauj arī daļai metanola iziet cauri, neradot jaudu, šo problēmu sauc par metanola pāreju. Lai gan tas nav pierādīts, Haile uzskata, ka cietās skābes var samazināt metanola pāreju.

Sērs, liela problēma?

Tomēr, lai cietās skābes kurināmā elementi kādreiz kļūtu par dzīvotspējīgu enerģijas avotu, ir jāpārvar galvenie šķēršļi. Hailes prototips radīja tikai 50 miliampēru strāvu uz kvadrātcentimetru membrānas, salīdzinot ar 1 amp uz kvadrātcentimetru, ko rada polimēru elektrolītu membrānas.

Tur ir ļoti Ar viņas pieeju ir ejams garš ceļš, pirms tā kļūst gandrīz noderīga, saka Toms Zawodzinskis, degvielas šūnu pētnieks no Losalamos Nacionālās laboratorijas, e-pastā vietnē technologyreview.com.

Vēl viena problēma: cietie elektrolīti, piemēram, Haile, nedarbojas istabas temperatūrā, un tie ir jāuzsilda, pirms tie sāk ražot enerģiju. Tas nav nekas liels, saka Narajanans, kad jūs darbināt automašīnu, taču tas padara mazas lietojumprogrammas, piemēram, mobilos tālruņus, gandrīz neiespējamas.

Iespējams, lielākais šķērslis ir tas, ka Hailes membrāna satur sēru, kas reaģē ar ūdeņraža degvielu, lai pakāpeniski samazinātu degvielas šūnas veiktspēju. Problēma ir tāda, ka degvielas šūna — elektrolīts — saskaras ar ekstrēmu vidi, saka Heils. Membrānā ir sērs, kas reaģēs ar ūdeņradi. Reakcijas produkts, sērūdeņradis, traucē ķīmisko reakciju, kas rada elektrību.

Lai novērstu šo problēmu, Hailes pētniecības grupa meklē cietas skābes, kas nesatur sēru. Tas ir kaut kas tāds, ko varētu atrisināt šodien vai arī nekad, viņa saka.

paslēpties