Группа исследователей во главе с профессором Северо-Западного университета и пионером в области топливных элементов Соссиной Хайле создала новый топливный элемент, обеспечивающий исключительную плотность мощности и долговременную стабильность при оптимальных температурах. Это открытие повышает жизнеспособность использования топливных элементов. в устойчивое энергетическое будущее.
«В течение многих лет промышленность говорила нам, что святой Грааль - заставить топливные элементы работать при температуре 500 градусов по Цельсию и с высокой удельной мощностью, что означает более длительный срок службы и менее дорогие компоненты», - сказал Хайле, Уолтер П. Профессор Мерфи в области материаловедения и инженерии и профессор прикладной физики в Северо-Западной инженерной школе Маккормика. «Благодаря этому исследованию мы теперь можем представить себе путь к созданию экономичных топливных элементов и преобразованию энергетического ландшафта».
Исследование под названием «Исключительная удельная мощность и стабильность при промежуточных температурах в протонных керамических топливных элементах» было опубликовано сегодня, 12 февраля, в журнале Nature Energy. Сихьюк Чой, научный сотрудник лаборатории Хайле, был первым автором статьи.
Хотя недавние исследования продемонстрировали способность некоторых протонных керамических топливных элементов обеспечивать экологически безопасное и экономичное производство электроэнергии, высокая проводимость электролитов этих элементов не дала ожидаемой выходной мощности.
«Хотя было известно, что некоторые электролиты обладают высокой проводимостью при 500 градусах Цельсия, электроды в топливном элементе каким-то образом не работали должным образом», - сказал Хейл.
Команда под руководством Хайле преодолела эту постоянную проблему, объединив высокоактивный катод - двойной перовскитный катод PBSCF - с новым составом вещества, химически стабильным электролитом, обозначенным BZCYYb4411, для получения исключительной плотности мощности и стабильности. в высоко ценимом промежуточном температурном режиме. Этот новый электролит позволял ионам двигаться быстро и, в отличие от многих предыдущих электролитов, оставался стабильным даже при работе в течение многих сотен часов.
«Мы одновременно решили несколько проблем, заменив электрод, улучшив электролит и создав хороший контакт и связь между двумя материалами», - сказал Хайле, который руководил разработкой концепции, проектом эксперимента и контролировал исследование.
После многих лет работы ученых в погоне за работой с высокой мощностью при температуре 500 градусов по Цельсию - «золотой серединой коммерциализации», как назвал это Хейл, - открытие исследователей представляет собой значительный шаг к снижению стоимости топливных элементов и более устойчивой энергии.
«Высокие температуры приводят к большей эффективности, но также и к более высоким затратам из-за необходимых вспомогательных компонентов», - сказал Хейл, в прошлом лауреат премии Химического пионера Американского института химиков. «Здесь мы демонстрируем четкий путь к реализации потенциала топливных элементов для производства экологически чистой электроэнергии».
Следующей задачей, по словам Хайле, является разработка масштабируемых производственных маршрутов. В настоящее время для получения превосходного контакта между электродом и электролитом требуется дорогостоящая стадия обработки. Чтобы поддержать усилия по коммерциализации, у Хейле и ее команды есть идеи, как подойти к этому более рентабельным образом. Команда Хайле также изучит вопрос о том, чтобы сделать топливные элементы обратимыми, что позволило бы переводить электроэнергию обратно в водород для размещения в резервной сети.
"Интересно думать о том, где мы находимся сейчас и куда мы можем двигаться", - сказала Хайле.
В исследовании, частично финансируемом Министерством энергетики США через Агентство перспективных исследовательских проектов в области энергетики и Национальным научным фондом, участвовали члены лабораторной группы Хейла на Северо-Западе, а также ученые из Университета Мэриленда и Калифорнийский технологический институт.