Кэтрин Боерзак
Топливный элемент опытного образца работает в широком диапазоне топлив, без выработки тепла.
Топливные элементы - самый эффективный способ преобразовать химическую энергию в электричество. Но больше всего или работать в высоких температурах или требуют очень чистого водородного топлива. Superprotonic, инновационная компания в Пасадене, Калифорнии, проектирует топливный элемент, который может работать на загрязненном водороде при относительно низких температурах. Таким образом можно использовать водород, произведенный из других топлив, например, природного газа или этанола с помощью простого устройства, названным "реформер".
В топливном элементе, электролит является зажатым между анодом и катодом. Катализатор в аноде расщепляет водород на электроны и протоны. Протоны могут пройти через электролит, но электроны не могут. Так, чтобы достичь катода, электроны идут через внешний электрический цепь, где они могут использоваться, чтобы перезарядить батарею или привести устройство в действие. В катоде, другой катализатор помогает протонам и объединению электронов с кислородом, извлеченным из воздуха образовывать воду - единственный отход топливного элемента.
Топливные элементы Superprotonic основаны на материале, названным твердой кислотой, которая была проверена как электролит в 2001 в фирме Caltech профессором материаловедения и химической технологии Sossina Haile . "Что делает наш топливный элемент особенным - природа электролита," говорит она. Твердо-кислотные топливные элементы работают в диапазоне температуры, которую Хэйл называет температурой Златовласки: не слишком горячей и не слишком холодной.
Электролиты, сделанные из полимерных мембран обеспечивают более высокую выходную мощность на одну единицу, но они требуют, чтобы вода обеспечила протонную проводимость. Следовательно, топливные элементы электролита полимера требуют, чтобы теплообменники держали температуру электролита ниже 100 °C. При такой температуре, катализаторы могут быть отравлены угарным газом и другими примесями на уровнях столь же низко как десять частей в миллион. Ячейки таким образом требуют очень чистого топлива.
Высокотемпературные топливные элементы могут работать на других топливах когда присоединено на простое устройство, названное реформатором, который превращает топлива в водород. Но это требует времени для ячеек, чтобы нагреться, и из-за высоких рабочих температур (выше 500 °C) высок износ и ограничена причины область их использования.
Твердые кислоты, однако, являются проводящими приблизительно при 250 °C, что является достаточно горячим, что катализатор может противостоять примесям в топливе. Стек топливного элемента опытного образца Superprotonic 50 ватт могли работать на любом топливе, которое может быть преобразовано в водород, говорит Calum Chisholm, вице-президент компании и основатель. Поскольку увеличения работы катализатора с увеличенной температурой, будущие твердо-кислотные топливные элементы могут работать с намного меньшим количеством катализатора, или с менее - дорогими катализаторами, которые не активны ниже 100 °C. "Другие материалы становятся активными в этой температуре, включая никель, кобальт, и железо," говорит Чайшом.
Однако, технология молода и имеет способ пойти прежде, чем это достигает его потенциала. "Было много работы над структурой электродов, чтобы улучшить работу других типов топливных элементов," говорит Robert Savinell , инженер - химик Case Western Reserve University, который не связан с Superprotonic . Хэйл говорит, что твердо-кислотная технология столь эффективна, как это может быть, и что это является просто вопросом времени прежде, чем она догонит системы на основе полимеров. Superprotonic все еще делает его ячейки по одному и вручную, используя больше платинового катализатора, чем другие виды топливных элементов требуют. Хэйл говорит, что, тем временем, она и ее коллеги Caltech "пробуют увидеть, можем ли мы придумать лучшие катализаторы с более высокими поверхностными областями."
В конечном счете, Superprotonic надеется развить базирующиеся топливным элементом жилые и коммерческие системы "когенерации", которые использовали бы природный газ или другое топливо, чтобы произвести электричество и ненужную высокую температуру, чтобы нагреть воду. Однако, учитывая текущую экономику и разочарование, которое окружило топливные элементы за прошлые 20 лет , компания осторожна в оценках. "Что мы можем дать кому - то прямо сейчас," говорит Чайшом, является 50-250 ваттный регенератор аккумулятора или электрического генератора для кемпинга или военного использования, которое использует то, что он называет "топливом реального мира." Superprotonic имеет финансирование от вооруженных сил для проектирования зарядного устройство батареи и ведет переговоры с другими компаниями о коммерциализации гражданской версии этого проекта.
Источник http://www.technologyreview.com
|
