Изобретен совершенно новый тип топливного элемента
Топливные элементы представляют собой очень многообещающую технологию преобразования энергии, в которой сегодня доминируют устаревшие двигатели внутреннего сгорания и газовые турбины. Топливные элементы обеспечивают высокую энергоэффективность, чрезвычайно низкий уровень выбросов загрязняющих веществ, низкий уровень шума и модульность.
Хотя топливные элементы работают так же, как батареи, основанные на электрохимическом процессе, они не разряжаются и не требуют перезарядки. Однако потенциальные преимущества топливных элементов нивелируются проблемами, которые включают стоимость, производительность и долговечность.
Исследователи из Мичиганского технологического университета взялись за решение этих задач, изменив традиционный путь разработки топливного элемента, создав интерфейс между электролитом и расплавленным карбонатом в качестве сверхбыстрого канала для переноса ионов кислорода. Это позволило изобрести совершенно новый тип топливного элемента — твердотопливный элемент с карбонатной надстройкой (CSSFC).

CSSFC имеют широкий спектр потенциальных применений, от обеспечения энергией для работы автомобилей на топливных элементах и производства электроэнергии в домашних условиях до целых электростанций. Поскольку CSSFC являются топливно-гибкими, они обеспечивают высокую долговечность и эффективность преобразования энергии при более низких рабочих температурах, чем другие типы топливных элементов.
Большинство топливных элементов работают на водороде, который производится из водородосодержащих соединений, в основном из метана, с помощью дорогостоящего процесса. Но CSSFC, разработанный исследователями, может напрямую использовать метан или другое углеводородное топливо.
Электрохимические характеристики нового топливного элемента при более низких рабочих температурах дают ряд других преимуществ.
— Кэрролл Макартур, профессор материаловедения.
Относительно низкая рабочая температура обеспечивает высокую теоретическую эффективность и более низкие затраты на изготовление элементов. Он также потенциально безопаснее в эксплуатации, чем другие твердотопливные элементы.
Лабораторные испытания CSSFC также показали беспрецедентно высокое напряжение холостого хода (OCV), что указывает на отсутствие потерь тока утечки и высокую эффективность преобразования энергии. По оценкам ученых, топливная эффективность CSSFC может достигать 60%, что почти вдвое превышает среднюю топливную эффективность двигателей внутреннего сгорания.
— Юн Ханг Ху, руководитель исследовательской группы.
Хотя топливные элементы работают так же, как батареи, основанные на электрохимическом процессе, они не разряжаются и не требуют перезарядки. Однако потенциальные преимущества топливных элементов нивелируются проблемами, которые включают стоимость, производительность и долговечность.
Исследователи из Мичиганского технологического университета взялись за решение этих задач, изменив традиционный путь разработки топливного элемента, создав интерфейс между электролитом и расплавленным карбонатом в качестве сверхбыстрого канала для переноса ионов кислорода. Это позволило изобрести совершенно новый тип топливного элемента — твердотопливный элемент с карбонатной надстройкой (CSSFC).

CSSFC имеют широкий спектр потенциальных применений, от обеспечения энергией для работы автомобилей на топливных элементах и производства электроэнергии в домашних условиях до целых электростанций. Поскольку CSSFC являются топливно-гибкими, они обеспечивают высокую долговечность и эффективность преобразования энергии при более низких рабочих температурах, чем другие типы топливных элементов.
Большинство топливных элементов работают на водороде, который производится из водородосодержащих соединений, в основном из метана, с помощью дорогостоящего процесса. Но CSSFC, разработанный исследователями, может напрямую использовать метан или другое углеводородное топливо.
Электрохимические характеристики нового топливного элемента при более низких рабочих температурах дают ряд других преимуществ.
Рабочая температура обычного твердооксидного топливного элемента обычно составляет 800 градусов Цельсия или выше, потому что перенос ионов в твердом электролите очень медленный при более низкой температуре. И наоборот, сверхструктурированный электролит CSSFC может обеспечить быстрый перенос ионов при 550 градусах Цельсия или ниже — даже при 470 градусах Цельсия
— Кэрролл Макартур, профессор материаловедения.
Относительно низкая рабочая температура обеспечивает высокую теоретическую эффективность и более низкие затраты на изготовление элементов. Он также потенциально безопаснее в эксплуатации, чем другие твердотопливные элементы.
Лабораторные испытания CSSFC также показали беспрецедентно высокое напряжение холостого хода (OCV), что указывает на отсутствие потерь тока утечки и высокую эффективность преобразования энергии. По оценкам ученых, топливная эффективность CSSFC может достигать 60%, что почти вдвое превышает среднюю топливную эффективность двигателей внутреннего сгорания.
В наших экспериментах CSSFC продемонстрировал сверхвысокую кислородно-ионную проводимость при 550 градусах Цельсия, что позволило добиться быстрого окисления углеводородного топлива. Это привело к беспрецедентно высокому напряжению холостого хода в 1,041 Вольта и очень высокой пиковой плотности мощности в 215 милливатт на квадратный сантиметр, а также к превосходной стойкости к закоксовыванию при использовании сухого метанового топлива
— Юн Ханг Ху, руководитель исследовательской группы.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Главная тайна Черного моря разгадана: Ученые рассказали, почему там на дне очень прозрачная пресная вода
Чтобы найти ответ, исследователям пришлось заглянуть на 8 тысяч лет назад...
Секрет 14-го моря России: куда оно пропало и почему о нем снова заговорили?
Эксперты напоминают: Кроме Печорского, у России есть и 15-е «забытое» море, и оно тоже возвращается на карты...
«Не повторяйте наших ошибок!» 100 лет борьбы с лесными пожарами обернулись катастрофой для США
Эксперты рассказали, почему, казалось бы, проверенная тактика только усугубила ситуацию с лесным огнем...
Мегамонстры с 7-го этажа: в древних океанах шла такая война хищников, где у современных косаток не было бы ни единого шанса
Ученые рассказали, куда исчезли «боги» мезозойских морей и почему сейчас их существование было бы невозможно...
Мощнее леса в десятки раз: в ЮАР нашли «живые камни», которые выкачивают CO₂ с бешеной скоростью
Микробиалиты могли бы спасти Землю от потепления, но у этих «каменных насосов» есть один нюанс...
ДНК 4000-летней овцы оказалось ключом к древней тайне, стоившей жизни миллионам
Поразительно, но археологи нашли штамм древней чумы, кошмаривший всю Евразию, в самом таинственном российском городе — Аркаиме. Почему же так получилось?...
Супертелескоп James Webb только запутал ученых, а планета-«близнец» Земли стала еще загадочнее
Эксперты рассказали, почему самый мощный телескоп в истории не смог разобраться с атмосферой TRAPPIST-1e. Аппарат не виноват. Но тогда кто?...
Грядет научный прорыв: Зачем в последние годы ученые по всему миру создают очень странные компьютеры?
Новые аппараты… не просто живые: они стирают различия между ЭВМ и человеческим мозгом...
Новое исследование показало: если бы не этот «российский ген», древние люди вряд ли бы заселили Америку
Ученые рассказали, почему Алтай в ДНК — это главный секрет феноменального здоровья индейцев...
20-летнее наблюдение со спутников «сломало климат»: Теперь ученым придется полностью менять все теории
Зато теперь понятно, почему в двух близких городах могут быть... разные времена года...
Она нам больше не праматерь! Почему легендарную Люси могут «изгнать» из числа наших предков?
Ведущие антропологи мира схлестнулись в настоящей войне. Кто же окажется победителем?...
3500-летние рисунки на камнях российского острова Вайгач грозят переписать древнюю историю Арктики
Ученые рассказали, кем были мореходы из забытой цивилизации Русского Севера...
Еще один страх для авиапассажиров: космические лучи могут вызвать внезапное падение самолета
Эксперты подтверждают: предсказать такие катастрофы практически невозможно. Что же теперь делать?...