Protonowe ceramiczne ogniwo paliwowe

Schemat ogniwa paliwowego przewodzącego protony

Protonowe ceramiczne ogniwo paliwowe lub PCFC to ogniwo paliwowe oparte na ceramicznym , stałym materiale elektrolitowym jako przewodnik protonowy od anody do katody . Te ogniwa paliwowe wytwarzają energię elektryczną poprzez usunięcie elektronu z atomu wodoru, przepychanie naładowanego atomu wodoru przez membranę ceramiczną i zwracanie elektronu do wodoru po drugiej stronie membrany ceramicznej podczas reakcji z tlenem. W reakcji wielu proponowanych paliw w PCFC powstaje prąd i ciepło, które utrzymuje urządzenie w odpowiedniej temperaturze. Efektywne przewodnictwo protonów przez większość odkrytych materiałów z elektrolitami ceramicznymi wymaga podwyższonych temperatur roboczych około 600-700 stopni Celsjusza [ potrzebne źródło ] Jednakże aktywnym obszarem badań są ceramiczne ogniwa paliwowe o średniej temperaturze (200–400 stopni Celsjusza) i alternatywne rozwiązania o niższej temperaturze. Oprócz wodoru gazowego, zdolność do pracy w średnich i wysokich temperaturach umożliwia stosowanie różnorodnych paliw nośnikowych w postaci ciekłego wodoru, w tym: amoniaku i metanu. Technologia ta ma wspólne zalety termiczne i kinetyczne [ które? ] wysokotemperaturowych ogniw paliwowych ze stopionym węglanem i stałym tlenkiem , wykazując jednocześnie wszystkie nieodłączne zalety przewodzenia protonów w ogniwach paliwowych z membraną do wymiany protonów (PEMFC) i ogniwa paliwowe na bazie kwasu fosforowego (PAFC). PCFC usuwają wodę na katodzie, a niewykorzystane paliwo, produkty reakcji paliwa i zanieczyszczenia paliwa na anodzie. Typowe składy chemiczne membran ceramicznych to cyrkonian baru (BaZrO3), diwodorofosforan cezu (CsH2PO4) i złożone roztwory stałe tych materiałów z innymi tlenkami ceramicznymi. Ceramikę z tlenków kwasowych czasami dzieli się na własną klasę protonowych ceramicznych ogniw paliwowych, zwanych „ ogniwami paliwowymi ze stałym kwasem ”.

Niektóre PCFC działają w wystarczająco wysokich temperaturach, że paliwa można utleniać elektrochemicznie na anodzie, bez konieczności pośredniego etapu wytwarzania wodoru w procesie reformingu [ potrzebne źródło ] . W tym ustawieniu gazowe cząsteczki paliwa węglowodorowego są absorbowane na powierzchni anody w obecności pary wodnej, a głównym produktem reakcji jest dwutlenek węgla ; atomy wodoru są skutecznie usuwane i przekształcane w jony H+, a następnie przechodzą do elektrolitu na drugą stronę ( katoda ), gdzie reagują z tlenem z powietrza, tworząc wodę. Inne PCFC działają w niższych temperaturach i oprócz katalizatorów elektrochemicznych wykorzystują katalizatory chemiczne do produkcji wodoru na potrzeby reakcji redukcji.

Aplikacje i rozwój komercyjny

Do transportu ciężkich ładunków zaproponowano PCFC działające w temperaturze pośredniej 200–400 stopni Celsjusza. W kanadyjskich szybach naftowych zademonstrowano zastosowania zdalnego zasilania wykorzystujące PCFC.

Zobacz też

  1. ^ ab Kreuer   , Kd (01.08.2003). „Tlenki przewodzące protony” . Roczny przegląd badań materiałowych . 33 (1): 333–359. Kod Bib : 2003AnRMS..33..333K . doi : 10.1146/annurev.matsci.33.022802.091825 . ISSN 1531-7331 .
  2. ^   Haile, Sossina M (01.03.2003). „Materiały na ogniwa paliwowe” . Materiały dzisiaj . 6 (3): 24–29. doi : 10.1016/S1369-7021(03)00331-6 . ISSN 1369-7021 .
  3. ^    Meng, Yuqing; Gao, czerwiec; Zhao, Zeyu; Amoroso, Jake; Tong, Jianhua; Brinkman, Kyle S. (2019-07-01). „Przegląd: najnowsze postępy w niskotemperaturowej ceramice przewodzącej protony” . Journal of Material Science . 54 (13): 9291–9312. Bibcode : 2019JMatS..54.9291M . doi : 10.1007/s10853-019-03559-9 . ISSN 1573-4803 . S2CID 146646545 .
  4. ^ ab Lim    , Dae-Kwang; Plymill, Austin B.; Paik, Haemin; Qian, Xin; Zecevic, Strahinja; Chisholm, Calum RI; Haile, Sossina M. (18.11.2020). „Ogniwo elektrochemiczne na stałym kwasie do produkcji wodoru z amoniaku” . Dżul . 4 (11): 2338–2347. doi : 10.1016/j.joule.2020.10.006 . ISSN 2542-4785 . S2CID 228820554 .
  5. ^    Le, długie Q.; Hernandez, Karolina Herradon; Rodrigueza, Marcosa Hernandeza; Zhu, Liangzhu; Duan, Chuancheng; Ding, Hanping; O'Hayre, Ryan P.; Sullivan, Neal P. (15.01.2021). „Ceramiczne ogniwa paliwowe przewodzące protony: skalowanie i integracja stosów” . Journal of Power Sources . 482 : 228868. Bibcode : 2021JPS...48228868L . doi : 10.1016/j.jpowsour.2020.228868 . ISSN 0378-7753 . S2CID 224853168 .
  6. ^     Haile, Sossina M.; Boysen, Dane A.; Chisholm, Calum RI; Merle, Ryan B. (2001). „Kwasy stałe jako elektrolity do ogniw paliwowych” . Natura . 410 (6831): 910–913. Kod Bib : 2001Natur.410..910H . doi : 10.1038/35073536 . ISSN 1476-4687 . PMID 11309611 . S2CID 4430178 .
  7. ^    Gittleman, Craig S.; Jia, Hongfei; Castro, Emory S. De; Chisholm, Calum RI; Kim, Yu Seung (21.07.2021). „Przewody protonowe do ogniw paliwowych pojazdów ciężarowych” . Dżul . 5 (7): 1660–1677. doi : 10.1016/j.joule.2021.05.016 . ISSN 2542-4785 . S2CID 236285846 .
  8. znajdują się multimedia związane z FuelCellsWorks . „SAFCell kończy próbę terenową 50-watowych ogniw paliwowych w odwiercie Shell Canada – FuelCellsWorks” . Źródło 2021-11-08 .

Dalsza lektura

  •   Serwis, Robert F. (12 marca 2019). „Nowe ogniwo paliwowe może pomóc rozwiązać problem magazynowania energii odnawialnej” . Nauka . doi : 10.1126/science.aax3098 . S2CID 242193448 . Źródło 14 marca 2019 r .
  • Duan, Chuancheng i in. „Łatwo przetworzone protonowe ceramiczne ogniwa paliwowe o wysokiej wydajności w niskich temperaturach”. Nauka 349,6254 (2015): 1321-1326.
  • Duan, Chuancheng i in. „Wysoce trwałe, odporne na koksowanie i siarkę, elastyczne paliwowo protonowe ceramiczne ogniwa paliwowe”. Przyroda 557.7704 (2018): 217.
  • Duan, Chuancheng i in. „Wysoce wydajne odwracalne protonowe ceramiczne ogniwa elektrochemiczne do wytwarzania energii i produkcji paliw”. Energia Natury 4,3 (2019): 230.
Źródło: „ https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Protonic_ceramic_fuel_cell&oldid=1136839109 ”