Membrana electrochimice, care arată textura a reţelei metalice de pe suprafaţa sa. Stabilizarea membranei cu această grilă a permis oamenilor de ştiinţă de la Harvard a materialelor de scară cu succes tehnologia de până la o scară de practică, care să permită curate de energie aplicaţii. Fotografie prin amabilitatea Shriram Ramanathan.
-
Un sistem complet funcţional solid-oxid de celule de combustibil cu membrană napolitana. Suprafaţa structurată a fiecărui cip pătrat dă stabilitatea la film incredibil de subtire, care este utilizat pentru membrana electrochimice. Fotografie prin amabilitatea Shriram Ramanathan.
Оriginal publisher: Harvard School of Engineering and Applied Sciences
Membrana puternica, nanostructurate permite scalarea pentru practică curate de energie aplicaţii
DATE DE CONTACT: Caroline Perry, 617-496-1351
Cambridge, Massachusetts - 03 aprilie 2011 - oamenii de stiinta Materiale de la Harvard, Scoala de Inginerie şi Ştiinţe Aplicate (ESM) şi SiEnergy LLC Systems au demonstrat prima macro-scară thin-film solid-oxid de celule de combustibil (SOFC).
În timp ce SOFCs au lucrat anterior la micro-scară, aceasta este prima dată când un grup de cercetare a depăşi provocările structurale de scalare a tehnologiei de până la o dimensiune practică, cu o proporţional mai mare putere de iesire.
Raportat on-line 03 aprilie în Nature Nanotechnology, demonstrarea acestei SOFC pe deplin funcţională indică potenţialul de pile de combustie electrochimice să fie o sursă viabilă de energie curată.
"Descoperire în această lucrare este faptul că ne-am demonstrat densitatea de putere comparabilă cu ceea ce puteţi obţine cu membrane mici, dar cu membranele care sunt un factor de o sută sau mai mare, astfel, să demonstreze că tehnologia este scalabil", spune cercetatorul principal Shriram Ramanathan, profesor asociat de Stiinta Materialelor la SEAS.
SOFCs a crea energie electrică printr-o reacţie electrochimică, care are loc peste o membrană ultra-subţire. Această membrană de 100 nanometri, care cuprinde şi electrolit electrozi, trebuie să fie suficient de subţire pentru a permite ionilor sa treaca prin el la o temperatură relativ scăzută (care, de celule de combustibil ceramice, se află în intervalul de la 300 la 500 grade Celsius). Aceste temperaturi joase permite o rapidă start-up, un design mai compact, şi de a folosi mai puţin de pământuri rare materiale.
Până în prezent, cu toate acestea, filme subtiri au fost implementate cu succes doar în micro-SOFCs, în cazul în care fiecare cip în wafer celula de combustibil este de aproximativ 100 microni larg. Pentru aplicaţii practice, cum ar fi utilizarea în surse de energie compact, SOFCs trebuie să fie de aproximativ 50 de ori mai mare.
Membranele electrochimice sunt atat de subtire incat a crea unul în care scara este aproximativ echivalent cu a face o foaie de 16-picior-largă de hârtie. Desigur, problemele structurale sunt semnificative.
"Dacă aţi face o membrana subtire convenţional pe care scară fără o structură de sprijin, nu poţi face nimic, doar se va rupe", spune co-autor Bo-Kuai Lai, un coleg post-doctoral la SEAS. "Tu faci membrana in laborator, dar nu puteţi chiar să ia-l va sparge doar.."
Cu autorul Masaru Tsuchiya (Ph.D. '09), un fost membru al laboratorului Ramanathan lui, care este acum la SiEnergy, Ramanathan şi Lai fortificate membrana pelicula subtire folosind o grilă metalic care arata ca de sârmă de pui la scara nanometrica.
Microscopie electronica de baleiaj dezvăluie suprafaţa structurată a membranei electrochimice. Echipa Ramanathan a gasit cercuri şi hexagoane pentru a oferi structura de cele mai stabile. Fotografie prin amabilitatea Shriram Ramanathan.
Fagure de metal mici prevede element critic structurale pentru membrana de mari în timp ce, de asemenea, funcţionează ca un colector de curent. Echipa Ramanathan a fost capabil să fabrice jetoane membrana care au fost de 5 mm lăţime, combinând sute de astfel de cipuri in palma mijlocii napolitane SOFC.
In timp ce alti cercetatori încercări "mai devreme de la punerea în aplicare a reţelei metalice a arătat succesul structurale, echipa Ramanathan este primul care demonstreaza o SOFC complet funcţional pe această scară. Densitatea celulară de carburant de putere de 155 de miliwati pe centimetru pătrat (la 510 grade Celsius) este comparabilă cu densitatea de putere a micro-SOFCs.
Atunci când înmulţită cu suprafaţa activă mai mare a acestei celule de combustibil nou, faptul că densitatea de putere se traduce într-o ieşire destul de mare pentru relevanta la putere portabile.
Locul de munca anterioare in laborator Ramanathan lui a dezvoltat micro-SOFCs care sunt all-ceramică sau metan, care utilizează ca sursă de combustibil in loc de hidrogen. Cercetatorii spera ca lucrările viitoare privind SOFCs va încorpora aceste tehnologii în celule de combustibil pe scară largă, îmbunătăţirea accesibilităţii lor.
În lunile următoare, ei vor explora proiectarea de anozi nou nanostructurate pentru hidrogen-combustibililor alternativi, care sunt operabile la aceste temperaturi scăzute şi de lucru pentru a spori stabilitatea microstructurala a electrozilor.
Cercetarea a fost sustinuta in parte de catre National Science Foundation (NSF) şi efectuate în parte de la Universitatea Harvard Centrul pentru Sisteme de scara nanometrica, un membru al Reţelei FSN-finanţat de National Infrastructure Nanotehnologia.