«Загадочная» керамика может привести к получению более дешевых и прочных водородных топливных элементов

Автор: kolinos | Рубрика: Водород

Команда ученых-исследователей из Технологического института штата Джорджия разработала новый высокотехнологичный керамический материал, который может сделать твердые топливные элементы менее дорогостоящими и привередливыми и гораздо более прочными и эффективными. Материал называется оксид бария-циркония-иттрия-церия-иттербия. Для краткости его обозначили как BZCYYb.

Преимущество твердо-оксидных топливных элементов состоит в том, что они могут вырабатывать энергию без использования дорогостоящих катализаторов, таких как платина, которая обычно используется в водородных топливных элементах. Сегодня в разработке новых видов водородных топливных элементов стали широко применяться различные нанотехнологии, использующие меньше платины. Однако в перспективе введение BZCYYb, как более устойчивой технологии, может полностью заменить драгоценные металлы – при условии, что твердо-оксидные системы можно будет производить в промышленном масштабе.

Твердо-оксидные топливные элементы и проблема избыточного тепла

Одной из проблем, которая не позволяет твердо-оксидным технологиям выйти на рынок товаров массового производства, является большое количество выделяемого тепла. В обычных твердо-оксидных топливных элементах анод (элемент, проводящий электрический ток) представляет собой композит, в состав которого входит керамический материал, называемый двуокись циркония стабилизированная иттрием (YSZ). YSZ выполняет роль катализатора и проводника, но ученые в докладе Технологического института указали, что он при низких температурах теряет проводимость, вследствие чего рабочая температура должна быть не менее 1000 градусов по Цельсию. Засорение серой и углеродистые отложения на катализаторе являются другими, не менее важными негативными факторами применения YSZ-анодов. Для борьбы с этими тремя факторами твердо-оксидные топливные элементы, которые используют YSZ, имеют конструкции высокой сложности, служащие для применения топлива с низким содержанием серы и экзотических жаропрочных материалов, что приводит к дополнительным тратам, уменьшению прочности и понижению эффективности.

Преимущества BZCYYb

Керамический материал BZCYYb разрешает проблему избыточного тепла посредством своей способности сохранять проводимость при температурах до 500 градусов по Цельсию. Он также препятствует образованию отложений и толерантен к сравнительно высоким концентрациям серы по сравнению с YSZ. Вот где загадка! Ученые пока не могут точно указать факторы, определяющие очистительные возможности BZCYYb, однако они считают, что более сильные каталитические характеристики материала позволят ему противостоять вредному воздействию серы и углеводородов более эффективно. Но кроме успешного решения этих трех проблем, применение BZCYYb может привести к разработке более простой, компактной и рентабельной твердо-оксидной конструкции. BZCYYb потенциально могут быть использованы в качестве покрытия обычного YSZ-анода, или заменить его полностью.

Топливный элемент будущего

Твердо-оксидные технологии является одним из нескольких направлений исследований для того, чтобы топливные элементы стали менее дорогими и более легкими, компактными, простыми и гибкими. Например, компания Full Cycle Energy имеет патент на безплатиновый топливный элемент на основе высокопроизводительной щелочной мембраны, которая позволяет использовать биотопливо, как дополнение к водороду. Департамент энергетики США вложил миллионные средства в исследования, а американские военные готовы принять на вооружение более надежные портативные источники энергии, так что новые события в этой области не заставят себя ждать.

Поделиться в соц. сетях