Raziskovalci razvijajo nove tehnologije, ki bi lahko pospešile komercializacijo vozil z gorivnimi celicami

Dr. Dušan Rutar: Odvisnosti (Julij 2019).

Anonim

Skupina inženirjev na Univerzi v Delawareju je razvila tehnologijo, ki bi lahko gorivne celice naredila cenejšo in trajnejšo, kar bi lahko pomenilo preboj, ki bi lahko pospešil komercializacijo vozil z gorivnimi celicami.

Rezultate opisujejo v članku, objavljenem v Nature Communications v ponedeljek, 4. septembra.

Vodikove gorivne celice so zelena alternativa motorjem z notranjim zgorevanjem, ker proizvajajo energijo s pomočjo elektrokemičnih reakcij in ne puščajo onesnaženja.

Materiali, imenovani katalizatorji, spodbujajo te elektrokemijske reakcije. Platina je najpogostejši katalizator v tipu gorivnih celic, ki se uporabljajo v vozilih.

Vendar pa je platina draga - kot kdo kje kupuje nakit. Kovina stane okoli 30.000 $ na kilogram.

Namesto tega je UD ekipa naredila katalizatorja volframovega karbida, ki znaša približno 150 dolarjev na kilogram. Nano-delci volframovega karbida so izdelali na nov način, veliko manjši in bolj prilagodljivi kot prejšnje metode.

"Material je običajno izdelan pri zelo visokih temperaturah, okoli 1500 Celzija in pri teh temperaturah raste veliko in ima malo površin za kemijo, " je povedal Dionisios Vlachos, direktor UD-jevega Kataliznega centra za energetske inovacije. "Naš pristop je eden prvih, ki izdeluje nanosne materiale z veliko površino, ki so lahko komercialno pomembne za katalizo."

Raziskovalci so na nanodelce z volframovim karbidom naredili vrsto korakov, vključno s hidrotermalno obdelavo, ločevanjem, redukcijo, uplinjanjem in več.

"Med postopkom lahko izoliramo posamezne nanodelce volframovega karbida in zelo enakomerno porazdelimo velikost delcev, " je dejal Weiqing Zheng, raziskovalni sodelavec pri Kataliznem centru za energetske inovacije.

Nato so raziskovalci vključili nanodelce volframovega karbida v membrano gorivne celice. Avtomobilske gorivne celice, imenovane kot gorivne celice z izmenjavo protonske izmenične membrane (PEMFCs), vsebujejo polimerno membrano. Ta membrana ločuje katodo iz anode, ki razdeli vodik (H2) v ione (protone) in jih prenaša na katodo, ki izraža tok.

Membrana, podobna plastiki, se sčasoma obrablja, še posebej, če je preveč mokrega / suhega cikla, kar se lahko zlahka zgodi, ko nastane voda in toplota med elektrokemičnimi reakcijami v gorivnih celicah.

Kadar je volframov karbid vgrajen v membrano gorivnih celic, vlažita membrano na ravni, ki optimizira delovanje.

"Volframov karbidni katalizator izboljša upravljanje vode gorivnih celic in zmanjšuje breme sistema za vlaženje, " je povedal Liang Wang, znanstveni sodelavec na oddelku za strojništvo.

Ekipa je tudi ugotovila, da volframov karbid ujame škodljive proste radikale, preden lahko razgradi membrano gorivnih celic. Kot rezultat, membrane z nanodelci volframovega karbida trajajo dlje kot tradicionalne.

"Nizkocenovni katalizator, ki smo ga razvili, se lahko vgrajuje v membrano za izboljšanje zmogljivosti in gostote moči, " je dejal. "Zaradi tega se fizična velikost svežnja gorivnih celic lahko zmanjša za enako moč, zaradi česar je lažja in cenejša. Poleg tega naš katalizator lahko doseže večjo učinkovitost, ne da bi pri tem žrtvovali trajnost, kar je veliko izboljšanje pri podobnih prizadevanjih druge skupine. "

UD raziskovalna skupina je uporabila inovativne metode za testiranje trajnosti gorivne celice, izdelane iz volframovega karbida. Uporabili so skenirni elektronski mikroskop in usmerjeni ionski žarek, da so dobili membrane z tankimi rezinami, ki jih analizirajo s programsko opremo, obnavljajo tridimenzionalno strukturo membran, da določijo dolgoživost gorivnih celic.

Skupina je zaprosila za patent in upa, da bo komercializirala svojo tehnologijo.

"To je zelo dober primer, kako lahko različne skupine med oddelki sodelujejo, " je dejal Zheng.

menu
menu