Химики придумали керамический топливный элемент на бутане

Исследователи из Южной Кореи придумали высокопроизводительный керамический топливный элемент, который может работать на бутане. Этот газ можно довольно легко перевести в жидкое состояние и перевозить, что делает такие топливные ячейки потенциальными источниками энергии для электромобилей, роботов и беспилотников. О своей разработке исследователи сообщили в журнале Applied Catalysis B: Environmental.

Керамические топливные элементы — это высокотемпературные топливные ячейки, которые работают при температуре более 800 °C. Эта высокая температура позволяет использовать недорогие катализаторы, такие как никель, в отличие от низкотемпературных топливных элементов, таких как полимерные электролитные ячейки, которые используют дорогостоящие платиновые катализаторы. Еще одним важным преимуществом высокотемпературных топливных элементов является то, что они могут использовать различные виды топлива, а не только чистый водород. Например, в них можно загрузить сжиженный газ, при этом из-за большой эффективности при его использовании в топливном элементе будет наблюдаться меньше выбросов, чем при традиционном сжигании.

Однако, как это ни парадоксально, несмотря на то что высокотемпературные топливные элементы используют недорогие катализаторы, их эксплуатация требует дорогостоящих тугоплавких материалов и технологий изготовления. Еще одним сдерживающим фактором является то, что процесс включения-выключения таких систем занимает довольно много времени из-за особенностей эксплуатации. Это ограничивает их применение в крупномасштабных стационарных системах выработки электроэнергии.

Многие ученые по всему миру в последнее время старались создать тонкопленочные керамические топливные элементы, которые могут работать при низких температурах без потери производительности. Проблема заключается в том, что более низкая температура эксплуатации приводит к тому, что керамические топливные элементы теряют одно из своих важных преимуществ — способность использовать различные виды топлива. При использовании никелевого катализатора в керамических топливных элементах с углеводородными видами топлив, такими как метан, пропан и бутан, углерод, образующийся при конверсии топлива, осаждается на поверхности никеля. Это приводит к отравлению катализатора и существенному сокращению его срока службы.

Исследовательская группа из Корейского института науки и техники смогла решить эту проблему с помощью включения в схему высокопроизводительных вторичных тонкопленочных катализаторов. Чередуя слои основного и вторичного катализаторов, исследователи смогли эффективно распределить вторичный катализатор в такой области электрода, чтобы она была ближе всего к электролиту. Это позволило не только повысить эффективность преобразования топлива, но и удешевить производство из-за экономного использования катализаторов.

Используя эту процедуру, исследователи смогли успешно внедрить вторичные катализаторы, известные своей высокой каталитической активностью при низких температурах, такие как палладий, рутений и медь, в наноструктурные топливные электроды. Ученые подтвердили высокую эффективность работы новых тонкопленочных керамических топливных элементов при средних и низких рабочих температурах (500–600 °C) и при использовании в качестве топлива бутана — доступного и относительно дешевого газа. Открытие позволит разработать небольшие источники энергии на основе керамических топливных элементов, которые могут применяться в портативных и мобильных источниках питания.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.