Triazol zrewolucjonizuje produkcję polimerowych ogniw paliwowych

Triazol zrewolucjonizuje produkcję polimerowych ogniw paliwowych

Temperatura zawsze była problemem dla ogniw paliwowych. Z jednej strony część ogniw paliwowych (np. ceramicznych) ma problemy z przegrzewaniem się (w niektórych zastosowaniach - elektronice i przemyśle samochodowym), w jeszcze innych technologiach (ogniwa polimerowe) osiągana temperatura jest zbyt niska do wydajnego działania tych ogniw.

Rozważano użycie ogniw paliwowych z membraną polimerową elektrolityczną jako przenośnego źródła energii, jednak ich niska temperatura pracy i w konsekwencji niewielka wydajność nie pozwoliły na przeniesienie tej obiecującej technologii do masowej produkcji.

Naukowcy z Georgia Institute of Technology opracowali substancję chemiczną, która pozwala ogniwom polimerowym pracować w optymalnej temperaturze, a przy tym znacząco obniży cenę ich wytwarzania. Uzyskana temperatura pracy jest odpowiednia do praktycznych zastosowań ogniw polimerowych w samochodach i elektronice.

Grupa badaczy pod kierownictwem dr Meilin Liu zaproponowała użycie w ogniwach substancji zwanej triazolem, która jest bardzo efektywna w porównaniu z innymi związkami chemicznymi, proponowanymi przez innych naukowców. Triazol zwiększa przewodność w ogniwach i zmniejsza zależność ich wydajności od wilgotności wewnętrznych membran polimerowych.

Liu powiedział, że użycie triazolu rozwiąże wiele problemów ograniczających zastosowanie ogniw polimerowych w samochodach, telefonach komórkowych i laptopach. Liu jest pewien że jego odkrycie będzie miało duży wpływ na rozwój technologii ogniw paliwowych jako popularnego źródła energii.

Ogólnie mówiąc ogniwa paliwowe produkują elektryczność wykorzystując reakcję chemiczną wodoru z tlenem. Aby reakcja zaszła w pożądany sposób, w ogniwach potrzebna jest membrana przepuszczająca protony, a zatrzymująca elektrony. Własności membrany są kluczowym elementem warunkującym wydajność ogniw.

Problemy związane z obecnymi ogniwami polimerowymi nie pozwalają na ich szerokie stosowanie. Temperatura ich pracy jest tak niska, że nawet śladowe ilości tlenku węgla w wodorze wpływają bardzo niekorzystnie na właściwości katalizatora reakcji chemicznej, drastycznie obniżając wydajność. Aby uniknąć zanieczyszczenia, wykorzystuje się skomplikowany proces oczyszczania, który dodatkowo jest bardzo kosztowny. Użycie triazolu znacząco zwiększa tolerancję ogniw na zanieczyszczenia wodoru tlenkiem węgla.

Dzięki triazolowi możliwe jest również rozwiązanie innego poważnego problemu w technologii ogniw paliwowych – ich temperaturę pracy. Obecne ogniwa ceramiczne oferowane na rynku pracują w bardzo wysokich temperaturach (około 800 stopni Celsjusza), co uniemożliwia ich zastosowanie w przenośnych urządzeniach elektronicznych.

Pomimo że ogniwa polimerowe operują w niższych temperaturach niż ogniwa ceramiczne, to jednak są od nich mniej wydajne. Membrany stosowane w ogniwach polimerowych muszą być nawilżone, aby mogły swobodnie przepuszczać protony. Aby membrana nie wyschła, należy utrzymywać temperaturę pracy poniżej 100 stopni Celsjusza, ale im niższa temperatura tym niższa wydajność. Zastosowanie triazolu zamiast wody pozwoli zwiększyć ten próg do 120 stopni Celsjusza, jednocześnie eliminując potrzebę stosowania systemów kontroli wody i znacznie upraszczając system chłodzenia.

Grupa naukowców pod przewodnictwem dr Meilin Liu już pracuje nad innymi związkami chemicznymi do potencjalnego zastosowania w ogniwach paliwowych.