Forskere udvikler højtydende keramisk brændselscelle, der fungerer på butangas

Et koreansk forskerhold har udviklet en højtydende keramisk brændselscelle, der kan fungere på butanbrændstoffer. Da butan kan gøres flydende og dermed nemt opbevares og transporteres, den nye teknologi kan udvide anvendelsesområdet for keramiske brændselsceller til bærbare og mobile applikationer såsom elbiler, robotter og droner. Tidligere, keramiske brændselsceller var kun blevet overvejet til anvendelse på elproduktionssystemer med stor kapacitet på grund af deres høje temperaturdrift.

Korea Institute of Science and Technology (KIST) meddelte, at Dr. Son Ji-Wons forskerhold ved KIST's Center for Energy Materials Research havde udviklet en højtydende, tyndfilmsbaseret keramisk brændselscelle, der kunne fungere ved middel til lave temperaturer under 600 °C ved brug af butanbrændstoffer.

Keramiske brændselsceller er en type højtemperaturbrændselsceller, der fungerer over 800 grader C. Denne høje temperatur tillader brugen af ​​billige katalysatorer, såsom nikkel, i modsætning til lavtemperaturbrændselsceller, såsom polymerelektrolytbrændselsceller, som bruger dyre platinkatalysatorer til at supplere deres lave katalytiske aktivitet. En anden stor fordel ved højtemperaturbrændselsceller er, at de kan forskellige andre brændstoffer end ren brint, såsom LPG og LNG med lav emission på grund af høj effektivitet. Imidlertid, ironisk, selvom højtemperaturbrændselsceller bruger billige katalysatorer, deres drift kræver dyre ildfaste materialer og fremstillingsteknologier. En anden begrænsende faktor er, at deres system on-off-proces tager lang tid på grund af egenskaberne ved højtemperaturdrift, som begrænser deres anvendelse til stationære elproduktionssystemer i stor skala.

Mange forskerhold rundt om i verden har arbejdet på tyndfilm-baserede keramiske brændselsceller, som kan fungere ved lave temperaturer uden tab af ydeevne. Desværre, problemet er, at drift ved lavere temperatur får keramiske brændselsceller til at miste en af ​​deres vigtige fordele, det er, deres evne til at bruge forskellige brændstoffer. Når nikkelkatalysatoren i keramiske brændselsceller bruges sammen med kulbrintebrændstoffer, såsom metan, propan, og butan, det kulstof, der dannes under brændstofomdannelsen, aflejres på overfladen af ​​nikkel. Dette forværres alvorligt, når temperaturen falder, fører til svigt af celledriften.

Dr. Son Ji-Wons forskerhold løste dette problem ved at inkorporere højtydende sekundære katalysatorer, som nemmere kan omdanne brændstoffer, ved hjælp af tyndfilmsteknologi. Ved at bruge vekslende aflejring af den sekundære katalysator og de vigtigste katalysatorlag, holdet var i stand til effektivt at fordele den sekundære katalysator ved de nærmeste dele af brændstofelektroderne til elektrolytten. På denne måde, kontrolleret inkorporering af små mængder, men effektivt placerede sekundære katalysatorer var mulig.

Ved at bruge denne procedure, KIST forskerholdet var i stand til at anvende sekundære katalysatorer kendt for deres høje katalytiske aktivitet ved lave temperaturer, såsom palladium (Pd), ruthenium (Ru), og kobber (Cu), til nanostrukturbrændstofelektroderne. De bekræftede den højtydende drift af de nyudviklede tyndfilm-baserede keramiske brændselsceller ved mellem- og lave driftstemperaturer (500-600 C), ved at bruge butanbrændstof, hvilket er et meget overkommeligt brændstof.

"Denne forskning undersøgte systematisk de mulige anvendelser af kulbrintebrændstoffer i keramiske brændselsceller, der opererer ved lave temperaturer, " sagde Dr. Son Ji-won. "Brugen af ​​de bærbare brændstoffer som butan ved lavere driftstemperaturer ville muliggøre udviklingen af ​​mindre og integrerede keramiske brændselscellesystemer, som kan anvendes til bærbare og mobile strømkilder."