Eine bessere Brennstoffzelle bauen

Brennstoffzellen auf Basis von festen Säureverbindungen können höhere Spannungen, höhere Betriebstemperaturen, geringere Systemkomplexität und mehr Brennstoffoptionen bieten als heutige Brennstoffzellen. Das berichten Forscher des California Institute of Technology in dieser Woche Natur .

Brennstoffzellen wandeln chemische Energie direkt in elektrische Energie um, ein effizienterer Prozess als die Verbrennung ( siehe Füllen mit Wasserstoff ). Die vielversprechendsten Brennstoffzellen verwenden Membranen aus Polymerelektrolyten. Sie funktionieren, indem sie einen Brennstoff, beispielsweise Wasserstoff, durch die Membran leiten, die nur für Protonen durchlässig ist. Das Elektron des Wasserstoffs muss um die Membran gehen und den elektrischen Strom erzeugen. Auf der anderen Seite der Membran verbindet sich der Wasserstoff mit Luftsauerstoff, sodass das einzige Nebenprodukt Wasser ist.

Aber Polymerelektrolytmembranen haben einen großen Nachteil: Sie brauchen Feuchtigkeit, um zu funktionieren. Dies begrenzt die Betriebsbedingungen auf unter den Siedepunkt von Wasser – eine große Einschränkung dafür, wo und wie Brennstoffzellen verwendet werden können.



Damit es funktionieren kann, muss das Polymer nass sein, sagt Sossina Haile, Assistenzprofessorin für Materialwissenschaften am Caltech und Erstautorin der Natur Papier. Dies bedeutet, dass es viele Probleme mit dem Wassermanagement und dem Temperaturmanagement gibt. Sie müssen es kühl, aber nicht zu kühl halten, nass, aber nicht zu nass. (Zu viel Wasserdampf kondensiert an der Membranoberfläche und blockiert das Gas.) All dies erhöht die Komplexität – und damit die Kosten – von Brennstoffzellen, sagt sie.

Kein Wasser, kein Problem

Die Forschungsgruppe von Professor Haile (von links nach rechts): Calum Chisholm, Ryan Merle, Dane Boysen und Sossina Haile.

außer Kontrolle geratene treibhauseffekt venus

Im Gegensatz zu Polymerelektrolytmembranen sind die Festsäuremembranen von Haile wasserfrei, d. h. sie funktionieren unabhängig davon, ob Wasser vorhanden ist oder nicht. In Natur , Haile berichtete positive Ergebnisse bei Temperaturen bis 160 °Celsius für Membranen aus Cäsiumhydrogensulfat – einer festen Säure, die ungefähr so ​​​​billig wie Kochsalz ist, sagt Haile.

Ein wasserfreier protonenleitender Elektrolyt ist eine wunderbare Sache, sagt Sekharipuram Narayanan, ein Brennstoffzellen-Forscher am Jet Propulsion Laboratory der National Aeronautics and Space Administration, der in der Vergangenheit mit Haile zusammengearbeitet hat.

Die Forschung von Narayanan konzentriert sich auf den Antrieb von Brennstoffzellen mit Methanol – ein Bereich, der durch feste Säuremembranen einen großen Schub bekommen könnte. So genannte Direkt-Methanol-Brennstoffzellen verwenden Methanol anstelle von Wasserstoff als Brennstoff. Polymerbasierte Membranen lassen jedoch auch etwas Methanol durch, ohne Strom zu erzeugen, ein Problem, das als Methanol-Crossover bezeichnet wird. Obwohl es nicht nachgewiesen wurde, vermutet Haile, dass feste Säuren den Methanol-Crossover reduzieren können.

Schwefel, großes Problem?

Allerdings müssen große Hürden genommen werden, wenn Festsäurebrennstoffzellen jemals eine zukunftsfähige Energiequelle sein sollen. Hailes Prototyp erzeugte nur 50 Milliampere Strom pro Quadratzentimeter Membran, verglichen mit 1 Ampere pro Quadratzentimeter, die von Polymerelektrolytmembranen erzeugt werden.

Da ist ein sehr Es ist ein langer Weg mit ihrem Ansatz, bis er auch nur annähernd nützlich wird, sagt Tom Zawodzinski, Brennstoffzellenforscher am Los Alamos National Laboratory, in einer E-Mail an technologyreview.com.

Ein weiteres Problem: Festelektrolyte wie die von Haile funktionieren bei Raumtemperatur nicht und müssen erhitzt werden, bevor sie Strom erzeugen. Das ist keine große Sache, sagt Narayanan, wenn man ein Auto antreibt, aber es macht kleine Anwendungen – wie zum Beispiel Mobiltelefone – fast unmöglich.

Das vielleicht größte Hindernis ist, dass die Membran von Haile Schwefel enthält, der mit dem Wasserstoff-Brennstoff reagiert und die Leistung der Brennstoffzelle allmählich verringert. Das Problem ist, dass die Brennstoffzelle – der Elektrolyt – einer extremen Umgebung ausgesetzt ist, sagt Haile. Die Membran enthält Schwefel, der mit dem Wasserstoff reagiert. Das Reaktionsprodukt, Schwefelwasserstoff, stört die chemische Reaktion, die Strom erzeugt.

google was ist das leben

Um das Problem zu umgehen, sucht Hailes Forschungsgruppe nach festen Säuren, die keinen Schwefel enthalten. Es ist etwas, das heute oder nie gelöst werden könnte, sagt sie.

verbergen

Tatsächliche Technologien

Kategorie

Unkategorisiert

Technologie

Biotechnologie

Technologierichtlinie

Klimawandel

Mensch Und Technik

Silicon Valley

Computer

Mit News Magazine

Künstliche Intelligenz

Platz

Intelligente Städte

Blockchain

Reportage

Alumni-Profil

Alumni-Verbindung

Mit News Feature

1865

Meine Sicht

77 Mass Avenue

Treffen Sie Den Autor

Profile In Großzügigkeit

Auf Dem Campus Gesehen

Lerne Den Autor Kennen

Alumni-Briefe

Nicht Kategorisiert

77 Massenallee

Rechnen

Tech-Richtlinie

Lernen Sie Den Autor Kennen

Nachrichten

Wahl 2020

Mit Index

Unter Der Kuppel

Feuerwehrschlauch

Unendliche Geschichten

Pandemie-Technologieprojekt

Vom Präsidenten

Titelstory

Fotogallerie

Empfohlen