Разработиха горивна клетка на метан, работеща при практични температури

Горивните клетки не са известни със своята практичност и достъпност, но учени от Технологичния институт в Джорджия са на път да променят това.

Те са разработили клетка, която функционира на евтино гориво и при температури, сравними с тези на автомобилните двигатели. Работещите на метан горивни клетки обикновено изискват температури от 750 до 1000°C, докато за новата клетка е нужна температура от 500°C.

Това може да се окаже факторът, който ще доведе до нарастващи спестявания на разходи по отношение на допълнителните технологии, необходими за експлоатацията на една горивна клетка, и съответно ще повиши търговската жизнеспособност на решението.

Според учените по-ниската температура ще позволи използването на стоманени свързващи елементи за обединяването на няколко горивни клетки в една функционална единица, чийто размер би бил колкото кутия за обувки.

Така получената система ще може да се използва като част от по-децентрализирана, чиста и евтина електрозахранваща мрежа, правеща домакинствата и бизнеса по-енергийно независими.

“Металите не издържат на температури над 750°C, без да протече окисление в някаква степен. Това определя изискването за използването на материали, които обикновено са изключително скъпи и чупливи, и съответно могат да замърсят клетката.

Понижаването на работната температура до 500°C значително улеснява работата на инженерите”, обяснява ръководителят на проучването Мейлин Лиу.

Изследователите базират разработката си на твърдооксидните горивни клетки (SOFC), известни с възможността си за работа с разнообразие от горива. Водородът, разбира се, е най-подходящото гориво, но цената му е прекалено висока.

Учените от Технологичния институт в Джорджия откриват начин за преобразуване на метана във водород в самата горивна клетка посредством нов катализатор, съставен от церий, никел и рутений.

Когато молекулите на метана и водата встъпят в контакт с катализатора и топлината, никелът химически разцепва молекулата на метана, а рутеният действа по същия начин с водата. В резултат се получава желаният водород и се отделя въглероден оксид, който учените използват като гориво.

Тези продукти продължават да взаимодействат с последващите катализаторни слоеве, изграждащи анода, при което се превръщат в положително заредени йони. Преминавайки към катода, кислородът отнема електроните и затваря електрическата верига.

Йонизираните водород и кислород взаимодействат и излизат от системата под формата на воден кондензат. От въглеродния оксид и кислорода пък се получава чист въглероден диоксид, който може да бъде уловен. Спрямо количеството генерирана енергия от горивните клетки се отделя много по-малко въглероден диоксид, отколкото от двигателите с вътрешно горене.

При някои горивни клетки водата за протичането на първоначалните реакции трябва да бъде подадена от външен източник, докато при новата клетка тя се получава като продукт в последния етап и се рециклира отново за взаимодействието с метан.

Новият катализатор, разработен от учени от университета в Канзас, изгражда външния слой на анода и в допълнение изпълнява и защитна функция, удължавайки живота на клетката. Обикновено реакцията с кислорода на катода и движението му през системата протичат с изключително ниска скорост.

Наскоро обаче екипът на Лиу успява да ускори тези процеси и да увеличи изходния ток благодарение на нановлакнести катоди, разработени в рамките на предходно проучване.