Superprotonic Solid Acid Fuel Cells: ein versteckter, billiger und einfacher Weg, die Energiequelle aufrechtzuerhalten

Brennstoffzellen sind heute die ultimative Energiequelle, nach der sich die Welt der Energieforscher sehnt. Das Hauptproblem mit ihnen ist, dass sie teuer zu machen und zu warten sind. Einige ihrer Komponenten werden mit der Zeit verwendet und sind sehr teuer zu ersetzen. Das ist eines ihrer Probleme. Das andere ist, dass sie sehr reinen Wasserstoff brauchen, um richtig zu arbeiten und die höchste Menge an Elektrizität aus ihren Reaktionen zu erzeugen.

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Brennstoffzellen arbeiten auf diese Weise: Wasserstoff wird der Anode (+) der Zelle zugeführt, wo die Wasserstoffatome in Protonen und Elektronen unter Verwendung eines Katalysators gespalten werden. Die Protonen durchlaufen den Elektrolyten von der Mitte der Brennstoffzelle (zwischen der Anode und der Kathode) zur Kathode (-), und die Elektronen werden durch eine elektrische Schaltung gezwungen und bilden eine elektrische Spannung zwischen der Anode und der Kathode. Natürlich treibt diese Spannung unsere Sachen (MP3-Player, Laptops, Elektromotoren). Der Elektronenfluss ist augenblicklich und die Elektronen, die von der Ladung (unserem Gerät) kommen, treffen sich an der Kathode mit den Wasserstoffprotonen und dem Sauerstoff aus der Atmosphäre, wodurch Wasser erzeugt wird. Natürlich wird dieser Vorgang auch in Gegenwart eines anderen Katalysators (beispielsweise Platin - sehr teuer) durchgeführt. Daher sind Brennstoffzellen auch eine Quelle für reines H2O.

Die meisten Brennstoffzellen sind heute PEMFC-Typ, der für Polymer-Elektrolyt-Membran steht. Das Hauptproblem mit ihnen ist, dass ihre Temperatur 100 ° C nicht überschreiten kann und sehr genaue Temperaturmessinstrumente und Kühlsysteme (die auch Energie verbrauchen) erfordern.

Ein Startup-Unternehmen aus Pasadena, Kalifornien, namens Superprotonic, hat eine neue und revolutionäre Art von Elektrolyt für das Brennstoffzellen- "Sandwich" entwickelt. Es ist ein SAFC-Elektrolyt, der für Solid-Acid-Brennstoffzellen steht.

Was sind feste Säuren? Für eine ausführliche Beschreibung, wie feste Säuren für die Brennstoffzelle arbeiten, können Sie gehen Hier . Für eine einfachere Erklärung lesen Sie weiter.

Feste Säuren haben eine salzartige Struktur und sind chemische Zwischenprodukte zwischen Säuren und Salzen. Es ist im Grunde eine Substanz namens Cäsiumbisulfat [½ Cs 2 DAMIT 4 (Salz) + ½ H 2 DAMIT 4 (Säure) => CsHSO 4 (feste Säure)]. Feste Säuren haben bis ca. 250 ° C leitende Eigenschaften und können die Wasserstoffprotonen in einem Atomsprungverfahren von einer Seite zur anderen transportieren, wobei das Wasserstoffproton unter bestimmten Bedingungen an Sauerstoffatomen klebt, bis es die andere Seite erreicht.

Der Prozess sieht so aus:

solide

Es wird seit langem angenommen, dass sich feste Säuren, die als Elektrolyt verwendet werden, in dem Wasser auflösen, das sich auf der negativen Seite der Brennstoffzelle bildet, aber das ist einfach nicht wahr. Bei hohen Temperaturen, wenn sich Wasser in Dämpfe verwandelt, besteht keine Gefahr für die SAFC. Sie haben sich tatsächlich als über Tage mit konstantem Betrieb und mehreren Heiz- / Kühlprozessen als ziemlich stabil erwiesen.

Abgesehen davon, dass SAFCs bei erhöhten Temperaturen betrieben werden können, haben sie zwei weitere deutliche Vorteile gegenüber PEMFC:

  • sie sind für Gase undurchlässig (kein Gasverlust durch unerwünschte Überkreuzung);
  • Sie transportieren "nackte" Protonen durch die Membran, anstatt überschüssige Wassermoleküle ineffizient mitzunehmen, wie dies bei PEMFC der Fall ist.

So könnten nun PEM-Brennstoffzellen mit geringen Kosten und hoher Effizienz leicht durch SAFCs ersetzt werden. Warum es so viel Stille um dieses Thema gibt und warum niemand seit langer Zeit von Superprotonen hört, ist eine andere Geschichte, die interessant zu erfahren ist. Ihr Standort wurde seit 2007 nicht aktualisiert, während andere Arten teurer PEM-Brennstoffzellen seither erfunden und gediehen sind. Gibt es Interesse an der Herstellung von teuren Sachen? Ich denke schon.

Schließlich können Sie sich ein Bild davon machen, was mit einer SAFC während ihres superprotonischen Übergangs von der folgenden Animation geschieht:

1. Raumtemperatur
2. Beginn des Übergangs auf der linken Seite
3. Superprotonisch auf der linken Seite
4. Mehr superprotonisch auf der linken Seite
5. Völlig superprotonisch
6. Umgekehrter Übergang

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