Новый метановый топливный элемент решил проблему температуры

Исследователи из Технологического института Джорджии разработали новый топливный элемент, работающий на дешевом горючем при температурах, соответствующих условиям в автомобильных двигателях.

Новая система, описанная в Nature Energy, может значительно снизить затраты на материалы, сообщает futurity.org. Ученые показали, как они переосмыслили концепцию ТЭ с помощью нового топливного катализатора. Материал обходится без дорогого водородного горючего, создавая собственный дешевый и готовый к использованию метан. Исследователи также значительно снизили рабочие температуры кипения, характерные для таких систем.

Метановым ТЭ обычно требуется 750-1000°С, чтобы функционировать. Новой системе нужно всего 500°С, что даже ниже температуры выхлопных газов автомобилей (около 600°С). Изменения могут привести к значительному удешевлению технологии и повышению ее рентабельности. Авторы уверены, что инженеры будут создавать доступные электромобили на основе новых ТЭ, чего не удавалось добиться с метановыми установками в прошлом.

«Наша система использует дешевую нержавеющую сталь для получения соединительных элементов, — сказал руководитель исследования, профессор Мейлин Лю. – Ни один металл не выдерживает температуры выше 750°С без окисления. Так что нам было сложно подобрать материалы, которые не были бы очень дорогими или хрупкими».

«Снижение до 500°С – настоящая сенсация, — сказал Бен деГли, сотрудник лаборатории Лю и один из первых авторов работы. – Такие условия очень упрощают создание соединительных элементов».

Новая система также устраняет потребность в основном вспомогательном устройстве, паровом реформере, необходимом для превращения метана и воды в водородное топливо.

Исследователи сосредоточились на твердооксидном ТЭ. Система выглядит перспективно для рынка, так как может использовать разные виды горючего. Для более эффективного превращения метана в водород ученые создали катализатор из церия, никеля и рутения (Ce0.9Ni0.05Ru0.05O2) или CNR. Под действием тепла Ni химически раскалывает молекулы метана, Ru – воду. В результате получается водород и оксид углерода, и оба используются как топливо. Они проходят дальнейшие каталитические слои, превращающие материалы в положительно заряженные ионы. Последние передают ток на анод. Здесь кислород поглощает электроны и замыкает цепь, превращаясь в ионы. Вместе с ионизированным водородом O₂ выходит из системы в виде водяного конденсата. СО и ионы кислорода превращаются в чистый углекислый газ, который можно задержать.

CNR, разработанный при участии Университета Канзаса, покрывает анод, вдвое увеличивая защиту от разрушения и продлевая жизнь ТЭ. Эффективность второго электрода команда Лю повысила с помощью нановолоконных катодов, разработанных в прошлом исследовании.