Хотя SOFCs ранее работал в микро-масштабе, это первый раз какие-либо исследования группа преодолеть структурные проблемы масштабирования технологии до практического размером с пропорционально более высокой выходной мощности.
Отмеченные онлайн 3 апреля вNature Nanotechnology , демонстрация этого полностью функционального SOFC указывает на потенциал топливных элементов электрохимических быть жизнеспособным источником экологически чистой энергии.
"Прорыв в этой работе является то, что мы продемонстрировали плотность мощности сопоставимой с той, вы можете получить с крошечных мембран, но с мембранами, которые раз сто или около того больше, демонстрируя, что технология является масштабируемой," говорит главный исследователь Shriram Ramanathan , доцент кафедры материаловедения на морях.
SOFCs создать электрическую энергию с помощью электрохимической реакции, которая происходит через ультра-тонкую мембрану. Это 100-нанометровой мембраны, включая электролит и электроды, должен быть достаточно тонким, чтобы ионы проходят через это при относительно низкой температуре (который, для керамических топливных элементов, лежит в диапазоне от 300 до 500 градусов Цельсия). Эти низких температурах позволяет быстрый запуск, более компактный дизайн, и менее использование редкоземельных материалов.
Пока, однако, тонкие пленки, были успешно осуществлены только в микро-SOFCs, где каждый чип в пластине топливного элемента составляет около 100 мкм в ширину.Для практических приложений, таких как использование в компактных источников энергии, SOFCs должны быть примерно в 50 раз шире.
Электрохимических мембран настолько тонкие, что создание одного такого масштаба не является абсолютным эквивалентом решений 16-футов шириной листа бумаги.Естественно, структурные вопросы имеют большое значение.
"Если вы делаете обычные тонкие мембраны такого масштаба без поддержки структуру, вы не можете делать ничего - это будет просто разрыв", говорит соавтор Бо-Куаи Лай, докторской сотрудник SEAS. "Вы делаете мембраны в лаборатории, но вы даже не можете принять его. Это просто разрушить."
С ведущий автор Масару Цутия (кандидат '09), бывший член лаборатории Раманатан, который сейчас находится на SiEnergy, Ramanathan и Лай укрепленных тонкая мембрана пленки с использованием металлической сетки, которая выглядит как нано провода курицы.
Крошечные сотовой металла обеспечивает критические структурный элемент для больших мембраны а также выступающая в качестве токоприемника. Команда Ramanathan смогла производство мембранных чипы, которые были шириной 5 мм, объединяя сотни таких чипов в ладонь размером пластин ТОТЭ.
Хотя других исследователей ранее попытки реализации металлической сетки показали структурные успех, команда Ramanathan является первым, чтобы продемонстрировать полнофункциональную ТОТЭ на этой шкале. Их мощность топливных элементов на плотность 155 милливатт на квадратный сантиметр (при 510 градусах Цельсия) сравнима с плотностью мощности микро-SOFCs.
При умножении на гораздо более активные области нового топливного элемента, что плотность энергии переводит на выходе достаточно высокую для портативных отношение к власти.
Предыдущая работа в лаборатории Ramanathan's разработала микро-SOFCs, которые все-керамическая или, что использование метана в качестве источника топлива вместо водорода. Исследователи надеются, что будущая работа по SOFCs будет включать эти технологии в больших масштабах топливных элементов, повышение их доступности.
В ближайшие месяцы они будут изучать дизайн новых наноструктурированных аноды для водорода альтернативных видов топлива, которые находятся в рабочем состоянии на этих низких температурах и работа по повышению устойчивости микроструктурных электродов.
Работа выполнена при поддержке частично Национальный научный фонд (NSF) и осуществляется в участие в Гарвардском университете Центр для наноскопических систем, член NSF финансируемой Национальной нанотехнологической инфраструктуры сети
