Uusi konsepti polttokennoille

Uuden polttokennomallin energiantuotto on noin 20 prosenttia nykymarkkinoilla olevista polttokennoista, mutta järjestelmä on noin sata kertaa tehokkaampi kuin biopolttoainesolut, jotka käyttävät orgaanisia kuljetuksia.

Polttokennoja on pitkään pidetty lupaavana teholähteenä. Mutta useimmat polttokennot ovat liian kalliita, tehottomia tai molempia.

Uudessa biologian innoittamassa lähestymistavassa Wisconsin-Madisonin yliopiston tutkijaryhmä on suunnitellut polttokennoa halvempien materiaalien ja elektronit ja protonit kuljettavan orgaanisen yhdisteen avulla.

Tällä hetkellä markkinoiden paras polttokennojen tarvitsema katalysaattori on kallis platina.

Tutkimusta johtanut UW-Madisonin kemian professori Shannon Stahl yhteistyössä professori Thatcher Rootin kanssa toteaa, että vähemmän kalliita metalleja voidaan käyttää katalysaattoreina nykyisissä polttokennoissa, mutta vain jos niitä käytetään suuria määriä.

"Ongelmana on, että kun sijoitat liikaa katalyyttiä elektrodiin, materiaali muuttuu vähemmän tehokkaaksi, mikä johtaa energiatehokkuuden menetykseen."

Tutkijoiden ratkaisu oli pakata edullisempi koboltti reaktorin läheisyyteen, jossa suurempi määrä materiaalia ei häiritse reaktorin suorituskykyä. Sitten he loivat strategian siirrellä elektroneita ja protoneita edestakaisin reaktorin ja polttokennon välillä.

Oikea kuljetusväline tähän tarkoitukseen osoittautui orgaaniseksi yhdisteeksi, eli kinoniksi, joka voi kuljettaa kahta elektronia ja protonia kerrallaan. Ryhmän suunnitelmassa kinoni ottaa nämä hiukkaset polttokennoelektrodilla ja kuljettaa ne läheiseen reaktoriin, joka on täynnä edullista koboltti-katalyyttiä, ja palaa sitten polttokennoon, jossa se ottaa mukaan lisää kuljetettavia.

Monet kinonit hajoavat terva-aineiksi vain muutaman kierroksen jälkeen. Stahlin laboratorio loi kuitenkin erittäin stabiilin kinonijohdoksen. Sen rakennetta muuttamalla onnistuttiin hidastamaan huomattavasti kinonin heikkenemistä. Tutkijoiden kokoamat yhdisteet kestävät jopa 5000 tuntia. Elinajan kasvu on yli satakertainen verrattuna aiempiin kinonirakenteisiin.

"Vaikka tämä ei olekaan lopullinen ratkaisu, konseptimme tuo esiin uuden lähestymistavan, jolla ratkaistaan tämän alan ongelmia", sanoo Stahl. Hän toteaa, että uuden mallin energiatuotanto on noin 20 prosenttia nykyisistä markkinoilla olevista polttokennoista. Toisaalta järjestelmä on noin sata kertaa tehokkaampi kuin biopolttoainekennot, jotka käyttävät orgaanisia kuljetuksia.

Seuraava askel Stahlilla ja hänen tiimillään on kiihdyttää kinonivälittäjien suorituskykyä. Tämä parannus mahdollistaisi heidän suunnitelman vastaavan tavanomaisten polttokennojen suorituskykyä, mutta alhaisemmalla hinnalla.

Aiheesta aiemmin:

Polttokennoja sadasosan kustannuksilla