Ett koreansk forskargrupp har utvecklat en högpresterande keramisk bränslecell som kan fungera med butanbränslen. Eftersom butan kan flytas och därmed lagras och transporteras enkelt, den nya tekniken kan utöka tillämpningsområdet för keramiska bränsleceller till bärbara och mobila applikationer som elbilar, robotar och drönare. Tidigare, keramiska bränsleceller hade bara övervägts för applicering på kraftgenereringssystem med stor kapacitet på grund av deras högtemperaturdrift.

Korea Institute of Science and Technology (KIST) meddelade att Dr Son Ji-Wons forskargrupp vid KIST's Center for Energy Materials Research hade utvecklat en högpresterande, tunnfilmsbaserad keramisk bränslecell som kan fungera vid mitten till låga temperaturer under 600 ° C med butanbränslen.

Keramiska bränsleceller är en typ av högtemperaturbränslecell som fungerar över 800 grader C. Denna höga temperatur tillåter användning av billiga katalysatorer, som nickel, i motsats till lågtemperaturbränsleceller, såsom polymerelektrolytbränsleceller, som använder dyra platinakatalysatorer för att komplettera sin låga katalytiska aktivitet. En annan stor fördel med högtemperaturbränsleceller är att de kan olika bränslen än rent väte, som gasol och LNG med låga utsläpp på grund av hög effektivitet. Dock, ironiskt, även om högtemperaturbränsleceller använder billiga katalysatorer, deras drift kräver dyra eldfasta material och tillverkningsteknik. En annan begränsande faktor är att deras system på-av-process tar lång tid på grund av egenskaperna vid högtemperaturdrift, som begränsar deras tillämpning till stationära kraftgenereringssystem i stor skala.

Många forskargrupper runt om i världen har arbetat med tunnfilmsbaserade keramiska bränsleceller, som kan fungera vid låga temperaturer utan prestandaförlust. Tyvärr, problemet är att drift med lägre temperatur får keramiska bränsleceller att förlora en av sina viktiga fördelar, det är, deras förmåga att använda olika bränslen. När nickelkatalysatorn för keramiska bränsleceller används med kolvätebränslen, som metan, propan, och butan, kolet som genereras under bränslekonvertering avsätts på nickelytan. Detta förvärras allvarligt när temperaturen sjunker, vilket leder till misslyckande av celloperationen.

Dr Son Ji-Wons forskargrupp löste detta problem genom att införliva högpresterande sekundära katalysatorer, som lättare kan omvandla bränslen, med tunnfilmsteknik. Med alternerande avsättning av den sekundära katalysatorn och huvudkatalysatorlagren, laget kunde effektivt distribuera den sekundära katalysatorn vid de närmaste delarna av bränsleelektroderna till elektrolyten. Genom detta sätt, kontrollerad inkorporering av liten mängd men effektivt placerade sekundära katalysatorer var möjlig.

Med denna procedur, KIST -forskargruppen kunde framgångsrikt applicera sekundära katalysatorer kända för sin höga katalytiska aktivitet vid låga temperaturer, såsom palladium (Pd), rutenium (Ru), och koppar (Cu), till nanostrukturen bränsleelektroder. De bekräftade den högpresterande driften av de nyutvecklade tunnfilmsbaserade keramiska bränslecellerna vid mellan- och låga driftstemperaturer (500-600 C), använder butanbränsle, vilket är ett mycket prisvärt bränsle.

"Denna forskning undersökte systematiskt den möjliga användningen av kolvätebränslen i keramiska bränsleceller som arbetar vid låga temperaturer, "sa Dr Son Ji-won." Användningen av bärbara bränslen som butan vid lägre driftstemperaturer skulle möjliggöra utveckling av mindre och integrerade keramiska bränslecellsystem, som kan appliceras på bärbara och mobila strömkällor. "