Protoniske keramiske brændselsceller er yderst holdbare, brændstof fleksibel

Protoniske keramiske brændselsceller kunne en dag bruges til at slukke kabiner uden for netværket på fjerntliggende steder, backup generatorer under naturkatastrofer og mere.

I den første langsigtede undersøgelse af sin art, forskere fra Colorado School of Mines har vist, at den relativt nye klasse brændselsceller udviser både den langsigtede holdbarhed og brændstoffleksibilitet, der er nødvendig for at blive et levedygtigt kommercielt alternativ til andre eksisterende brændselscelleteknologier.

I alt, forskere testede 11 forskellige brændstoffer - brint, metan, indenlandsk naturgas (med og uden hydrogensulfid), propan, n-butan, i-butan, iso-oktan, methanol, ethanol og ammoniak - demonstrerer fremragende ydeevne og enestående holdbarhed på tværs af alle brændstoftyper over tusinder af driftstimer. Deres fund, "Meget holdbar, koks- og svovltolerant, brændstof-fleksible protoniske keramiske brændselsceller, "blev udgivet i dag af tidsskriftet Natur .

"Protoniske keramiske brændselsceller (PCFC'er) er meget brændstof fleksible. Vi kan fodre dem med alle mulige forskellige virkelige brændstoffer og lave elektricitet, "sagde Ryan O'Hayre, professor i metallurgi og materialeteknik og medleder forfatter til papiret med Mines Ph.D. kandidat Chuancheng Duan. "Det er meget forskelligt fra andre brændselsceller, der kun virker på brint. Nogle højtemperatur-fastoxidbrændselsceller (SOFC'er) kører også på andre brændstoffer, men de er meget finete-hvis du fodrer dem med andre brændstoffer end brint, de er modtagelige for kontaminering og nedbrydning, og deres ydeevne falder hurtigt med tiden. Vores brændselsceller stod ikke over for disse problemer med langsigtet test. "

"Ingen kan let få brint leveret til deres dør, "Tilføjede O'Hayre." Men du kan gå ned ad vejen til 7-Eleven og hente en tank propan. "

Protonisk keramik er en relativ nykommer i brændselscelleverdenen, materialet var først blevet opdaget i Japan i 1980. Det var først i slutningen af ​​1980'erne og begyndelsen af ​​1990'erne, selvom, at teknologien begyndte at vinde accept, og i løbet af de sidste otte år, forskere har gjort store indgreb i håndteringen af ​​stabilitetsproblemer og hvordan man kan gøre de tætte membraner nødvendige for at drive en enhed, Sagde O'Hayre.

Præstationstesten udført ved Miner var 10 gange længere i varighed end nogen tidligere indsats, Sagde O'Hayre. Til testene, Duan designede og byggede et brændselscelletestsystem, hvor han samtidig kunne teste syv celler ved hjælp af forskellige brændstoffer i tusinder af timer. Opsætningen krævede omhyggelig overvågning i den bedre del af to år.

"Den længste test var 8, 000 timer, hvilket er næsten et helt år, "Sagde Duan." Nedbrydningshastigheden for de fleste brændselsceller var mindre end 3 procent pr. 000 timer, som opfylder kravene til kommercielle produkter. "

Udvikling af en meget holdbar brændselscelleteknologi, der direkte kan bruge naturgas og kulbrinter, er afgørende, når det kommer til kommercialisering, Sagde Duan.

Mineforskere arbejder nu med brændselscelleenergi, et Connecticut-baseret brændselscellefirma, at skalere laboratorieteknologien og udvikle en præ-kommerciel prototype, der kunne levere den mængde elektricitet, der er nødvendig for at drive en autocamper eller fjernhytte, med finansiering fra U.S. Department of Energy's Advanced Research Projects Agency-Energy (ARPA-E).

"Baseret på vores nuværende arbejde og resultater, det er på tide at samarbejde med en industriel partner om at lave kommercielle produkter, "Sagde Duan." Om tre år, der vil være en 500-watt PCFC-stak med direkte naturgas udviklet baseret på vores teknologi. På mindre end 10 år, der vil være en 1-kilowatt PCFC-stak, der kan fungere som husets strømforsyning, backup -strømforsyningen til kontorer eller mobile basestationer. "

"Dette er et glimrende eksempel på det frugtbare samarbejde mellem Mines og CoorsTek, der delvis katalyseres af deres førende støtte til det nye CoorsTek Center for Applied Science and Engineering på campus, "Sagde O'Hayre." David Hook hos CoorsTek stod i spidsen for XRD-undersøgelser ved høj temperatur, der hjalp os med bedre at forstå vores protoniske keramiske membrans adfærd ved høj temperatur. "