Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy

Recommended Posts

Nowy materiał wynaleziony na Georgia Tech może pomóc w rozpowszechnieniu się ogniw paliwowych ze stałym tlenkiem (SOFC). Urządzenia takie są w stanie produkować energię elektryczną z niemal wszystkich płynnych i gazowych substancji, jednak ich poważną wadą jest wysoka temperatura pracy, sięgająca 1000 stopni Celsjusza. Dzięki wysokim temperaturom pracy ogniwa są wydajne i nie wymagają użycia drogiego platynowego katalizatora. Wysokie temperatury zapobiegają też gromadzeniu się na anodzie siarki i węgla z "brudnego" paliwa.

W SOFC wykorzystuje się anodę z tlenku cyrkonu stabilizowanego itrem (YSZ) połączonego z metalicznym niklem, a elektrolitem jest również YSZ. Taka budowa ma trzy podstawowe wady. Pierwsza, to olbrzymia wrażliwość na siarkę, która powoduje znaczny spadek wydajności ogniwa, po drugie, osadzający się węgiel z paliw węglowodorowych zaburza prawidłową pracę anody, a trzecia wada to ograniczone przewodnictwo w niskich temperaturach.

Wszystko to znacząco podnosi koszty budowy SOFC. Paliwo musi zostać oczyszczone z siarki i konieczne jest przeprowadzenie reformingu parowego, który zamienia węglowodory w tlenek węgla i wodór. Ponadto wysokie temperatury pracy wymagają użycia drogich materiałów.

Nowy ceramiczny materiał, z którego zbudowano anodę, został opracowany przez zespół Meilina Liu. Umożliwia pracę SOFC przy znacznie niższych temperaturach bez utraty wydajności i odkładania się siarki oraz węgla. BZCYYb (bar-cyrkon-cer-itr-tlenek iterbu), bo o nim mowa, może być używany w bardzo różny sposób. Można nim pokryć tradycyjną anodę Ni-YSZ, zastąpić nim YSZ w anodzie lub też w elektrolicie. Zdaniem profesora Liu, najbardziej opłacalne są dwa pierwsze rozwiązania. Dotychczasowe testy trwały 1000 godzin i wykazały, że BZCYYb zapewnia stałą, wysoką wydajność ogniwa. Konieczne jest jednak udowodnienie, że nowy materiał może bez przeszkód pracować przez pięć lat. Na tyle bowiem oblicza się żywotność obecnych ogniw SOFC.

Co więcej, profesor Liu mówi, że z jego produkcją i jej skalowaniem nie powinno być najmniejszych kłopotów. BZCYYb powstaje podczas standardowych reakcji, a sposób jego tworzenia się jest w pełni zrozumiały. Uczeni nie wiedzą za to, dlaczego nowemu materiałowi nie szkodzą siarka i węgiel. Spekulują, że reakcja katalityczna jest w jego przypadku bardziej intensywna i dochodzi podczas niej zarówno do utlenienia siarki jak i do krakowania i reformowania węglowodorów. Nowy materiał charakteryzuje również dobre przewodnictwo w niskich temperaturach. Jeśli będziemy mogli obniżyć temperatury pracy do 500-600 stopni Celsjusza, moglibyśmy użyć tańszych metali do wykonania połączeń. Obniżenie temperatury do 300-400 stopni umożliwiłoby wykorzystanie znacznie tańszych materiałów na obudowy, co znacząco obniżyłoby koszty samych ogniw - mówi profesor Liu.

Obecnie badania nad ogniwami SOFC są znacznie mniej zaawansowane niż nad innymi typami ogniw. Profesor Liu uważa jednak, że to właśnie SOFC podbiją rynek. Nie wymagają one bowiem wykorzystania metali szlachetnych i, po wyposażeniu w systemy odzyskiwania ciepła odpadowego, mogą osiągać wydajność nawet 80%.

Share this post


Link to post
Share on other sites

"Pierwsza, to olbrzymia wrażliwość na siarkę, która powoduje znaczny wydajności ogniwa"

czyż przypadkiem jakieś słowo wam nie uciekło ? ;)

Share this post


Link to post
Share on other sites

Jak rozumiem z poszlak, chodzi o ogniwa, w których paliwa (np. kopalne) rozkładane są na pierwiastki składowe (wodór, węgiel?), a z nich już przy okazji utleniania wytwarza się prąd?

 

Zieloni będą wniebowzięci. Cieszy też stosowanie powszechnie spotykanych składników, jak itr, cer oraz oczywiście iterb. (:

 

Mechanicy samochodowi będą mieli warsztaty niczym laboratorium Dekstera (tego z Cartoon Network, żeby nie było wątpliwości).

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Postępy na polu ogniw paliwowych mogą spowodować, że technologia ta będzie na tyle tania, że w niedalekiej przyszłości zastąpi silniki spalinowe, uważają naukowcy z University of Waterloo. Informują oni o powstaniu ogniwa paliwowego, które może pracować co najmniej 10-krotnie dłużej niż dotychczas stosowane technologie. To zaś oznacza, że przy produkcji na skalę masową używanie takich ogniw do zapewniania energii pojazdom może okazać się konkurencyjne cenowo w stosunku do pojazdów z napędem spalinowym.
      Dzięki naszej technologii napęd wykorzystujący ogniwa paliwowe może być porównywalny kosztowo lub tańszy niż napęd spalinowy. Z nadzieją patrzymy w przyszłość. To technologia, która może rozpowszechnić czyste napędy, mówi Xinguo Li, dyrektor Fuel Cell and Green Energy Lab na University of Waterloo.
      Obecnie stosowane ogniwa paliwowe mogłyby teoretycznie zastąpić paliwa kopalne w napędach pojazdów, jednak się zbyt drogie. Kanadyjscy naukowcy rozwiązali problem kosztów znacząco wydłużając żywotność ogniwa poprzez produkowanie stałych ilości energii. To zaś oznacza, że ogniwo, które produkuje energię z reakcji łączenia tlenu i wodoru, może być znacząco prostsze, a zatem i tańsze.
      Znaleźliśmy sposób na obniżenie kosztów przy jednoczesnym spełnieniu założeń co do wydajności i trwałości, cieszy się Li. Kanadyjczycy mają nadzieję, że dzięki ich technologii ogniwa paliwowe zaczną się upowszechniać i z czasem zastąpią zarówno samochody spalinowe jak i standardowe pojazdy elektryczne.
      To dobry pierwszy krok, zmiana, która może być odpowiedzią na problemy związane ze spalaniem paliw kopalnych przez transport, dodaje uczony.

      « powrót do artykułu
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Uniwersytecie Josepha Fouriera w Grenoble powstało ogniwo paliwowe zasilane glukozą i tlenem pochodzącymi z organizmu żywej istoty. Naukowcy pracujący pod kierunkiem doktora Serge'a Cosniera wszczepili je zwierzęciu laboratoryjnemu.
      Niewykluczone zatem, że w ciągu najbliższych dwóch dekad pojawią się ogniwa, które będzie można wszczepiać ludziom, a które zasilą najróżniejsze wykorzystywane przez nas urządzenia. Najbardziej oczywistym zastosowaniem dla takich ogniw jest zapewnienie energii implantom. Dzięki postępom medycyny i techniki powstają coraz nowocześniejsze implanty, z których wiele wymaga zasilania.
      Nawet w rozrusznikach serca, wymagających niewiele energii, baterie trzeba wymieniać co 5 lat. Tymczasem co piąty 70-latek, któremu wszczepiono rozrusznik, żyje przez kolejne 20 lat. To oznacza konieczność przeprowadzenia 3 kosztownych i ryzykownych zabiegów chirurgicznych związanych z wymianą baterii.
      W przyszłości mogą powstać sztuczne nerki, kończyny czy oczy, które będą potrzebowały znacznie więcej energii niż rozruszniki. Chirurgiczna wymiana baterii co kilka miesięcy będzie obarczona zbyt wysokimi kosztami i ryzykiem.
      Stworzenie ogniwa paliwowego, które może korzystać ze znajdujących się w organizmie substancji to krok w odpowiednią stronę.
      Wspomniane ogniwo jest stosunkowo proste. Składa się z dwóch elektrod. Zadaniem jednej jest usuwanie elektronów z glukozy, zadaniem drugiej - przekazywanie elektronów do molekuł tlenu i wodoru. Połączenie elektrod tworzy obwód, którym płynie prąd.
      Zarówno glukoza jak i tlen są łatwo dostępne w organizmie człowieka. Teoretycznie takie ogniwo mogłoby pracować przez całe życie osoby je posiadającej.
      Idea produkcji energii z glukozy i tlenu znajdujących się w płynach fizjologicznych narodziła się w latach 70. ubiegłego wieku. Stworzone wówczas ogniwa zapewniały jednak zbyt mało energii.
      Obecnie zbudowano wydajne ogniwo, a przyczyniły się do tego badania nad... enzymami. Okazało się bowiem, że oksydaza glukozy bardzo dobrze radzi sobie z usuwaniem elektronów z glukozy. Jest bardzo efektywna w generowaniu elektronów - mówi profesor Itamar Willner z Uniwersytetu Hebrajskiego w Jerozolimie, który w 2002 roku stwierdził, iż postępy w biotechnologii pozwolą pewnego dnia na stworzenie efektywnego ogniwa paliwowego zasilanego płynami ustrojowymi.
      Doktor Cosnier i jego grupa postanowili wykorzystać biotechnologię oraz odkrycia w dziedzinie węglowych nanorurek. Zdecydowali, że nadszedł czas, by spróbować stworzyć ogniwo.
      W ubiegłym roku wszczepili takie urządzenie szczurowi. Znajdowało się ono w ciele zwierzęcia przez 40 dni. W tym czasie pracowało bez najmniejszych zakłóceń, produkowało prąd i nie zauważono żadnych - ani fizjologicznych ani behawioralnych - skutków ubocznych u zwierzęcia.
      Uczeni stworzyli prosty system. Jedna z elektrod składa się z pasty z węglowych nanorurek wymieszanej z oksydazą glukozy, a druga z glukozy i oksydazy polifenolu. W elektrodach znajduje się platynowe okablowanie przekazujące energię elektryczną. elektrody zamknięto w specjalnym materiale, które ma uniemożliwić przenikanie materiałów z których są zbudowane do organizmu.
      Całość dodatkowo owinięto materiałem, który zabezpiecza ogniwo przed odrzuceniem przez organizm.
      Doktor Cosnier zauważa, że szczur jest zbyt mały, by wyprodukować ilość energii wystarczającą do zasilenie implantu. Dlatego planuje w przyszłości wszczepić swoje urządzenie krowie.
      Przed naukowcami jest jeszcze dużo pracy. Cosnier zdaje sobie z tego sprawę. Dzisiaj możemy wygenerować tyle energii, by zasilić sztuczny mięsień zwieracza lub rozrusznik serca. Już w tej chwili pracujemy nad systemem, który wyprodukuje 50-krotnie więcej energii, co pozwoli na zasilanie znacznie bardziej wymagających urządzeń - stwierdza.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Pennsylvania State University powstało ogniwo paliwowe produkujące wodór z materii organicznej. Nie wymaga ono użycia zewnętrznego zasilania i nie emituje do atmosfery związków węgla.
      Ten system może produkować wodór w każdym miejscu, w którym woda morska występuje w pobliżu ścieków. Nie jest do tego potrzebna sieć elektryczna, a całość jest neutralna pod względem emisji węgla. To niewyczerpane źródło energii - mówi profesor Bruce E. Logan.
      W nowym ogniwie zachodzi elektroliza, w której biorą udział mikroorganizmy produkujące wodór z materii organicznej. Już wcześniej przeprowadzano tego typu elektrolizę, jednak za każdym razem ogniwo paliwowe wymagało zewnętrznego zasilania. Teraz Logan i jego współpracownik, doktor Younggy Kim, wykorzystali różnicę w zasoleniu wody morskiej i słodkiej do uzyskania dodatkowej energii potrzebnej w całym procesie.
      Wyniki ich badań, opublikowanych w Proceedings of the National Academy of Sciences pokazują, że czysty wodór może być efektywnie produkowany z niewyczerpanych zasobów wody morskiej i wody słodkiej z dodatkiem biodegradowalnej materii organicznej.
      Efektywność ogniw wynosi 58-64 procent, co pozwala na uzyskanie 0,8 do 1,6 metra sześciennego wodoru z każdego metra sześciennego wprowadzonego płynu. Naukowcy szacują, że do przepompowywania wody w systemie zużywane jest tylko 1% produkowanej przezeń energii.
      Kluczem do sukcesu było wykorzystanie odwróconej elektrodializy (OED), która pozwala na pozyskanie energii z różnicy potencjałów pomiędzy wodą słodką a słoną. Już wcześniej proponowano pozyskiwanie energii z licznych membran OED, jednak okazały się one niepraktyczne. Membrany OED do hydrolizy wody potrzebują napięcia 1,8 wolta, co wymagałoby użycia aż 25 par membran. Logan wpadł na pomysł wykorzystania w jednym systemie membran oraz bakterii wytwarzających prąd z materii organicznej, co pozwoliło na zmniejszenie liczy par membran do zaledwie pięciu.
      W roli katalizatora została użyta platyna, jednak badania już wykazały, że możliwe jest też wykorzystanie siarczku molibdenu. Wówczas jednak wydajność systemu spada do 51%.
      Prace Logana były finansowane przez KAUST.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Uniwersytecie Harvarda powstało pierwsze cienkowarstwowe ogniwo paliwowe wyprodukowane w skali makro. Po raz pierwszy udało się skalować ogniwo paliwowe z tlenkiem stałym (SOFC) proporcjonalnie zwiększając moc urządzenia.
      „Przełomowe znaczenie ma tutaj fakt, że uzyskaliśmy gęstość energetyczną porównywalną do tego, co można uzyskać za pomocą miniaturowych membran, ale tutaj mamy membrany setki razy większe, a to pokazuje, że technologia ta jest skalowalna" - mówi profesor Shriram Ramanathan.
      W ogniwach z tlenkiem stałym wykorzystywane są obecnie bardzo cienkie membrany. Właśnie dzięki ich niewielkiej grubości jony mogą przechodzić przez membranę, a cały proces odbywa się w stosunkowo niskiej temperaturze. To z kolei pozwala na zmniejszenie rozmiarów ogniwa i wykorzystywanie mniejszej ilości rzadkich materiałów.
      Problem jednak w tym, że dotychczas odpowiednio cienkie membrany udawało się zaimplementować w bardzo małych SOFC. Do praktycznego zastosowania tego typu ogniw musiałyby być one około 50-krotnie większe. „Jeśli wykonasz w tej skali tradycyjną membranę bez jakiejś struktury podpierającej to nic z tego nie wyjdzie - membrana się porwie. Można takie membrany stworzyć w laboratorium, ale nie można jej nawet ruszyć, natychmiast się drze" - mówi współautor badań, Bo-Kuai Lai.
      Teraz naukowcy stworzyli membranę, którą wyposażyli w metalową kratownicę. Szczegółowe badania wykazały, że najlepiej sprawdzają się kształty okrągły oraz plaster miodu.
      Już wcześniej inne zespoły naukowe pracowały nad podobnymi rozwiązaniami, żadnemu jednak nie udało się go zaimplementować bez jednoczesnego spadku gęstości energetycznej. Tymczasem makroogniwa z Harvarda charakteryzują się gęstością rzędu 155 miliwatów na centymetr kwadratowy (przy temperaturze 510 stopni Celsjusza), czyli porównywalną z mikroogniwami. Biorąc pod uwagę fakt, że są większe, mogą zapewnić wystarczającą ilość energii dla urządzeń przenośnych.
       
×
×
  • Create New...