Топливные элементы становятся мощнее и меньше

Твердо-оксидные топливные ячейки (solid-oxide fuel cells) очень эффективны по сравнению с широким спектром подобных изделий на топливе и биотопливе, но их высокие рабочие температуры ограничивают сферу применения. Многие исследовательские группы корпят над решением этой проблемы, разрабатывая новые электроды и электролиты, способные работать при более оптимальных условиях без существенного снижения характеристик.

Японские ученые продемонстрировали высокопроизводительную топливную микроячейку, функционирующую при относительно невысоких температурах благодаря инновационному электроду.

"Ячейка применима в качестве портативного элемента питания с быстрым входом в рабочий режим", - говорит Тошио Сузуки (Toshio Suzuki) из японского Национального института передовых промышленных наук и технологий (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology), возглавляющий разработку нового типа топливной ячейки. Она представляет собой трубку около двух миллиметров в диаметре; выходная мощность составляет приблизительно 1 Вт при 600 °С, что на 100 °С ниже рабочей температуры существующих сегодня ячеек.

Твердо-оксидные топливные элементы генерируют электрический ток, отбирая кислород из воздуха и используя его для окисления топлива. Кислород поступает со стороны катода, а топливо соответственно через анод, затем происходит реакция между двумя компонентами в электролите с продуктами в виде воды и углекислого газа. Такой тип реакции более эффективен, чем у преобладающих сейчас топливных ячеек. Твердо-оксидные топливные ячейки "более гибкие в применении, мощные и не представляют проблем для окружающей среды", как говорит директор Института восстановимой энергетики Флориды (Florida Institute for Sustainable Energy) и глава инженерных проектов в Университете Флориды Эрик Воксмен (Eric Wachsman). По словам ученого, проблема с этими устройствами состоит в рабочих температурах. Это означает необходимость длительного промежутка времени на разогрев, к тому же в мобильных телефонах использовать не удастся. Высокая температура также способствует быстрому износу батарей на основе ячеек.

Группа Сузуки создала источник питания с меньшей рабочей температурой путем модификации структуры анода. Японские разработчики использовали технику литографии и травления, чтобы создать анод с пористой поверхностью. В составе "губчатого" анода присутствует оксид никеля – обычный материал для этих электродов, доказавший свою эффективность. "Это испытанный материал для долговременной стабильности и имеет преимущество в стоимости по сравнению с новыми материалами для низкотемпературных твердо-оксидных ячеек", - объясняет эксперт. В настоящее время Сузуки ведет переговоры с рядом компаний по поводу коммерциализации разработки. Специалист по керамическим и электронным материалам профессор Гарри Тьюллер (Harry Tuller) из Массачусетского технологического института (MIT) подтверждает улучшенные характеристики разработки: "Эффективность не подлежит сомнению. Это хорошая системная работа, показывающая эволюционное развитие технологии". Тем не менее, Тьюллер предупреждает, что электроды и электролит содержат небольшое количество дорогостоящих примесей, таких как дефицитный скандий, стоимость которых отразится на конечной цене ячеек.

Воксмен отмечает, что очень сложно снизить рабочую температуру без компромисса в отношении выходной мощности. Но он также работает над новой методикой производства электродов для твердо-оксидных топливных ячеек. Используя различные материалы, исследователь недавно продемонстрировал топливную ячейку с модифицированным анодом и новым электролитом, которые позволили достичь мощности 2 Вт на квадратный сантиметр устройства при 650 °С.

По материалам: 3D News