Los avances en una tecnología de celdas de combustible impulsadas por carbono sólido podrían hacer que la generación de electricidad a partir de recursos como el carbón y la biomasa sea más limpia y eficiente, según un nuevo documento publicado por investigadores del Laboratorio Nacional de Idaho.
El diseño de la celda de combustible incorpora innovaciones en tres componentes: el ánodo, el electrolito y el combustible. Juntos, estos avances permiten que la celda de combustible utilice aproximadamente tres veces más carbono que los diseños anteriores de celda de combustible de carbono directo DCFC.
Las celdas de combustible también funcionan a temperaturas más bajas y mostraron densidades de potencia máxima más altas que las DCFC anteriores, según el ingeniero de materiales de INL, Dong Ding. Los resultados aparecen en la edición de esta semana de la revista Materiales avanzados .
Mientras que las celdas de combustible de hidrógeno p. Ej., La membrana de intercambio de protones PEM y otras celdas de combustible generan electricidad a partir de la reacción química entre hidrógeno puro y oxígeno, los DCFC pueden usar cualquier cantidad de recursos basados en carbono para el combustible, incluido el carbón, el coque,alquitrán, biomasa y residuos orgánicos.
Debido a que los DCFC utilizan combustibles fácilmente disponibles, son potencialmente más eficientes que las celdas de combustible de hidrógeno convencionales. "Puede omitir el paso intensivo en energía de producir hidrógeno", dijo Ding.
Pero los diseños anteriores de DCFC tienen varios inconvenientes: requieren altas temperaturas - 700 a 900 grados Celsius - lo que los hace menos eficientes y menos duraderos. Además, como consecuencia de esas altas temperaturas, generalmente están construidos con materiales carosque puede manejar el calor.
Además, los primeros diseños de DCFC no pueden utilizar eficazmente el combustible de carbono.
Ding y sus colegas abordaron estos desafíos diseñando una verdadera celda de combustible de carbono directo que es capaz de operar a temperaturas más bajas, por debajo de 600 grados Celsius. La celda de combustible utiliza carbono sólido, que es finamente molido e inyectado a través de una corriente de aire enLos investigadores abordaron la necesidad de altas temperaturas desarrollando un electrolito utilizando materiales altamente conductores: óxido de cerio dopado y carbonato. Estos materiales mantienen su rendimiento a temperaturas más bajas.
A continuación, aumentaron la utilización de carbono al desarrollar un diseño de ánodo textil cerámico tridimensional que entrelaza los haces de fibras como un paño. Las fibras son huecas y porosas. Todas estas características se combinan para maximizar la cantidad de superficieestá disponible para una reacción química con el combustible de carbono.
Finalmente, los investigadores desarrollaron un combustible compuesto hecho de carbono sólido y carbonato. "A la temperatura de funcionamiento, ese compuesto es fluido", dijo Ding. "Puede fluir fácilmente a la interfaz".
El carbonato fundido transporta el carbono sólido hacia las fibras huecas y los orificios del ánodo, lo que aumenta la densidad de potencia de la celda de combustible.
La pila de combustible resultante se parece a una batería de reloj de cerámica verde que es casi tan gruesa como un trozo de papel de construcción. Un cuadrado más grande mide 10 centímetros a cada lado. Las pilas de combustible se pueden apilar una encima de otra dependiendo de la aplicación.
La tecnología tiene el potencial de una mejor utilización de los combustibles de carbono, como el carbón y la biomasa, porque las celdas de combustible de carbono directo producen dióxido de carbono sin la mezcla de otros gases y partículas que se encuentran en el humo de las centrales eléctricas de carbón, por ejemplo.hace que sea más fácil implementar tecnologías de captura de carbono, dijo Ding.
Los materiales avanzados el diario publicó un resumen del video aquí : http://youtu.be/M_wOsvze2qI .
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por DOE / Laboratorio Nacional de Idaho . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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