Wie Nanotechnologie-Versprechen, die Herstellungs-Kosten von Brennstoffzellen Groß Zu Verringern

Gruppe Professors Rod Boswell, des Kopfes, des Platz-Plasmas, der Leistung und des Antriebs des Plasma-Forschungslabors, Australischer Staatsangehörig-Universität, Australien
Entsprechender Autor: rod.boswell@anu.edu.au

Es hat viel Gespräch in den Mainstreammedia betreffend Brennstoffzelle angeschaltete Fahrzeuge als grünere und sauberere Alternative zu den Ottomotoren während der letzten Jahre gegeben. Ist bedeutende Hindernisse zu dieser Drehbewegung die Kosten von Wasserstoffbrennstoffzelle-Triebwerkanlagen. Eine Brennstoffzelle ist eine Einheit, die Kraftstoff, normalerweise in Form eines Gases wie Wasserstoff oder Sauerstoff, in Strom konvertiert. Für Straßenfahrzeuge werden Protonaustausch- (PEM)Membranzellen breit als die viel versprechendste Option gesehen.

Proton-Austauschmembran (PEM)brennstoffzellen stellen Dichte der hohen Leistung und die Vorteile des geringen Gewichts und des Volumens zur Verfügung, die mit anderen Baumustern Brennstoffzellen verglichen werden. In einer PEM-Zelle werden Wasserstoff- und Sauerstoffgas zu den katalytischen Elektroden an den Gegenseiten einer speziellen Membran geführt. Diese spezielle Membran ist zu den Protonen aber zu den nicht Elektronen porös. Die Protone und die Elektronen werden durch den Vorgang eines Platinkatalysators in den Elektroden getrennt. Die Protone können direkt durch die Membran diffundieren, aber die Elektronen müssen ihre Methode durch eine externe Schaltung machen, die andere Seite zu erreichen und Leistung für einen Elektromotor im Prozess bereitstellen.

Proton-Austausch-Membran-Brennstoffzelle. (Quelle: Abt. von Energie)

Professor Rod Boswell und das Platz-Plasma, die Leistung u. die Antrieb-Gruppe an ANU haben mit Plasmenn jahrelang gearbeitet und wurden vor kurzem interessiert an der Möglichkeit unter Verwendung der Plasmaabsetzungstechnologie, die Kosten der Herstellung von Brennstoffzellen drastisch zu verringern.

Professor Boswell kommentierte auch „Produktion von aktuellen Zellen baut häufig auf nasse chemische Stufen, die unordentlich ineffizient sind, und große Mengen der teuren Materialien verbrauchen. Unser Ziel ist, Plasma basierte Techniken zu entwickeln, um die Membranen und die katalytischen Elektroden herzustellen, die benötigt werden in den Brennstoffzellen.“

Proton-Austauschmembranbrennstoffzellen (PEM), alias Polymerelektrolytmembranbrennstoffzellen, entbinden starke Dichte und bieten die Vorteile des geringen Gewichts und des Volumens an, verglichen mit anderen Brennstoffzellen. PEM-Brennstoffzellen bedienen bei den verhältnismäßig niedrigen Temperaturen, um 80°C (176°F). Niedrigtemperaturoperation erlaubt ihnen, schnell zu beginnen (weniger Anheizzeit) und Ergebnisse in kleiner tragen auf Anlagenbauteilen, mit dem Ergebnis der besseren Haltbarkeit.

Die Fertigung von Elektroden beginnt mit einer Substratfläche des Kohlepapiers. Kohlepapier wird gewählt, weil es zu den gasförmigen Kraftstoffen porös ist, die in den abschließenden Zellen verwendet werden und auch ein ausgezeichneter Leiter des Stroms ist. Dieses wird in die Plasmareaktorkammer belastet und eine sehr feine Schicht Nickel wird auf der Oberfläche abgegeben. Unter den guten Bedingungen bildet das Nickel nanoscale Tröpfchen ganz über der Kohlenstoffoberfläche.

Die folgende Stufe ist, Methan und Wasserstoff in die Plasmakammer einzuführen. Viele komplexen Reaktionen folgen, führend zu eine sehr überraschende Situation, wohin Kohlenstoffkomplexe durch die Nickelstartwerte für zufallsgenerator diffundieren, um Multikohlenstoff Komplexe unten zu bilden. Die in hohem Grade reagierenden Wasserstoffprotone in der Kammer ätzen weg alle mögliche Kohlenstoffatome, die nicht stark miteinander geklebt werden. Das praktische Fazit von diesem ist, dass Kohlenstoffnano-Fasern unterhalb der Nickeltröpfchen wachsen, die sie von der Substratfläche anheben, während sie sich ausdehnen. Das Ergebnis ist eine Teppich ähnliche Bedeckung von Kohlenstoff nanofibres auf dem Papier.

(Bildhöflichkeit von Jess Hudspeth, von Platz-Plasma, von Leistung u. von Antrieb-Gruppe an ANU)

Sobald der Wald von nanofibres hergestellt worden ist, ist der nächste Schritt, Mantel zu spritzen die Oberfläche mit Platin. Professor Boswell erklärt: „Während des Spritzenprozesses, den die nanofibre Spitzen mit Platin mit den Tröpfchen stark überzogen erhalten, die nach und nach spärlicherer weiterer Abstieg die Faser werden. Sie ist sehr viel wie der Schnee, der in einen Wald fällt, erhält viel abgegeben auf die Wipfel, der verringert groß die Menge aus den Grund.“

Der ungeheure Vorteil dieser Nanotechnologieelektrode ist dass seine beträchtliche Fläche und verdünnt mikroskopisch Platinmantel verringern die Menge des Platins benötigt bis ungefähr 15% von dem in einer herkömmlichen Elektrode der gleichen Leistungsbedingung.

Um die fertige Brennstoffzelle zu machen, wird die Membran zwischen den haarigen Seiten von zwei der katalytischen Elektrodenblätter des Kohlenstoffes eingeschoben und die ganze Einheit ist gedrängt in ein einzelnes Blatt heißes.

Die neue Brennstoffzelletechnologie ist aufregendes Material und ist möglicherweise gut eine Schlüsselkomponente des Überganges zum Säubern von Transport. „Es muss ein ganzheitlicher Ansatz zum Säubern von Transport sein. Wenn Sie einen Zylinder des Wasserstoffs heute kaufen, sind Möglichkeiten es wurden gemacht von den Fossilienbrennstoffen - es würde besser sein, den fossilen Brennstoff gerade direkt zu brennen. Was wir benötigen, sind die Brennstoffzellenfahrzeuge, die auf Wasserstoff ausgeführt werden, der der Reihe nach durch sauberen Strom von Solar- oder von hydro erzeugt wird. Dann würden wir voran“ Professor Boswell warnen erhalten. In dem Augenblick als er ungefähr sechsmal so viel zum Bodenlauf auf Wasserstoff wie Treibstoff kostet. Jedoch wenn die Treibstoffkosten fortfahren, zu steigen und der Möglichkeit von Kostendegression in der Wasserstoffproduktion und -verteilung, ist möglicherweise er nicht aller das lange vorher, das wirtschaftliches Gleichgewicht verschiebt.

Copyright AZoNano.com, Prof Rod Boswell (Australischer Staatsangehörig-Universität)

Date Added: Sep 16, 2009 | Updated: Jun 11, 2013

Last Update: 13. June 2013 23:13

Tell Us What You Think

Do you have a review, update or anything you would like to add to this article?

Leave your feedback
Submit