Suora etanolipolttokenno - Direct-ethanol fuel cell

Suoran etanolin polttokennot tai DEFC: t ovat polttokennoluokka , jossa etanolia syötetään suoraan kennoon. Niitä on käytetty mallina tutkittaessa erilaisia ​​polttokennokonsepteja, mukaan lukien PEM: n käyttö .

Edut

DEFC käyttää polttokennossa etanolia myrkyllisemmän metanolin sijaan . Etanoli on houkutteleva vaihtoehto metanolille, koska sen mukana tulee jo olemassa oleva toimitusketju. Etanoli on edelleen helpompi käyttää polttoainetta kuluttajien laajaan käyttöön.

Etanoli on vetypitoinen neste ja sillä on korkea ominaisenergia (8,0 kWh / kg) verrattuna metanoliin (6,1 kWh / kg). Etanoli voidaan saada suuri määrä peräisin biomassasta läpi käymisen prosessin uusiutuviin luonnonvaroihin, kuten päässä sokeriruo'osta , vehnä , maissi , tai jopa olki . Biologisesti tuotettu etanoli (tai bioetanoli) on siten houkutteleva, koska biopolttoaineiden viljelykasvien viljely imee suuren osan hiilidioksidista, joka vapautuu ilmakehään biopolttoaineiden tuottamiseen käytetystä polttoaineesta ja itse biopolttoaineiden polttamisesta. Tämä on jyrkässä ristiriidassa fossiilisten polttoaineiden käytön kanssa . Etanolin käyttö voittaisi myös vedyn varastointiin ja infrastruktuuriin liittyvät haasteet polttokennosovelluksissa. Polttokennossa minkä tahansa polttoaineen hapetus vaatii katalyytin käyttöä kaupallisesti elinkelpoisille polttokennoille vaadittavien virtatiheyksien saavuttamiseksi, ja platinapohjaiset katalyytit ovat eräitä tehokkaimmista materiaaleista pienten orgaanisten molekyylien hapettamiseksi.

Reaktio

DEFC, samanlainen DMFC , tukeutuu hapettuminen ja etanolia on katalyytin kerroksen muodossa hiilidioksidia . Vettä kulutetaan anodi ja tuotetaan katodilla . Protonit (H ⁺ ) kuljetetaan protonienvaihtokalvon läpi katodiin, jossa ne reagoivat hapen kanssa tuottamaan vettä. Elektroneja kuljetetaan ulkoisen piirin läpi anodista katodiin, mikä tuottaa virtaa liitetyille laitteille.

Puoli-reaktiot ovat:

	Yhtälö
Anodi	${\ displaystyle \ mathrm {C_ {2} H_ {5} OH + 3 \ H_ {2} O \ - 12 \ H ^ {+} + 12 \ e ^ {-} + 2 \ CO_ {2}}}$ hapettuminen
Katodi	${\ displaystyle \ mathrm {3 \ O_ {2} +12 \ H ^ {+} + 12 \ e ^ {-} \ - 6 \ H_ {2} O}}$ vähentäminen
Kokonaisreaktio	${\ displaystyle \ mathrm {C_ {2} H_ {5} OH + 3 \ O_ {2} \ - 3 \ H_ {2} O + 2 \ CO_ {2}}}$ redox-reaktio

Kysymykset

Platinapohjaiset katalyytit ovat kalliita, joten etanolin käytännön hyödyntäminen PEM- polttokennon polttoaineena vaatii uuden katalyytin. On kehitetty uusia nanorakenteisia elektrokatalyyttejä (esimerkiksi HYPERMEC by ACTA SpA), jotka perustuvat ei-jalometalleihin, mieluummin anodin Fe: n , Co: n , Ni : n seoksiin ja yksinomaan katodissa Ni: n, Fe: n tai Co: n seoksiin . Etanolilla, teho tiheyksien 140 mW / cm ² 0,5 V on saatu 25 ° C: ssa itse hengitys solut, jotka sisältävät kaupallista anioninvaihtomembraaneja . Tämä katalyytti ei sisällä jalometalleja . Käytännössä pienet metallihiukkaset kiinnitetään alustaan ​​siten, että ne tuottavat erittäin aktiivisen katalyytin.

Polymeeri toimii elektrolyyttinä . Maksu kuljettaa vety -ioni ( protoni ). Neste etanolia (C ₂ H ₅ OH) hapetetaan anodin veden läsnä ollessa, tuottaa CO ₂ , vetyioneja ja elektroneja . Vetyionit kulkevat elektrolyytin läpi. Ne reagoivat katodissa ilmasta tulevan hapen ja ulkoisen piirin elektronien kanssa muodostaen vettä.

Bioetanolipohjaiset polttokennot voivat parantaa tämän biopolttoaineen tasapainoa renkaasta johtuen polttokennon muunnosnopeuden kasvusta polttomoottoriin verrattuna. Todellisessa maailmassa olevat luvut voidaan kuitenkin saavuttaa vain muutaman vuoden kuluttua, koska suorien metanolin ja etanolin polttokennojen kehitys on jäänyt jälkeen vetyä käyttävistä polttokennoista.

Viimeaikaiset saavutukset

Tiimi Offenburgin ammattikorkeakoulusta esitteli 13. toukokuuta 2007 maailman ensimmäisen DEFC: n käyttämän ajoneuvon Shellin Eco-maratonissa Ranskassa. Auto "Schluckspecht" suoritti onnistuneen koeajon Nogaro Circuitilla, jota käytti DEFC-pino, jonka lähtöjännite oli 20-45 V (kuormituksesta riippuen).

On rakennettu useita prototyyppejä Direct Ethanol Fuel Cell Stack -matkapuhelimen latureista, joiden jännite on 2 V - 7 V ja teho 800 mW - 2 W on rakennettu ja testattu.

Lähteet

• DEFC -Fraunhofer Institute for Interacacial Engineering and Biotechnology -kalvot
• DEFC-kalvo

Katso myös

• Alkalin anioninvaihtokalvo
• Polttokennotermien sanasto
• Alkoholipolttoaineiden aikajana

Viitteet

Lisälukemista

• "Uusi katalyytti lisää vetyä liikenteen polttoaineena" . Kirjoittanut Alok Jha. 21. elokuuta 2008. The Guardian .