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Como Promessas da Nanotecnologia De Reduzir Extremamente o Custo De Fabrico De Células Combustíveis

Grupo do Laboratório de Investigação do Plasma, Universidade do Professor Rod Boswell, da Cabeça, do Plasma de Espaço, da Potência e da Propulsão de Nacional Australiano, Austrália
Autor Correspondente: rod.boswell@anu.edu.au

Houve muita conversa nos media do grosso da população em relação aos veículos postos da célula combustível como uma alternativa mais verde e mais limpa aos motores de gasolina durante estes últimos anos. Os obstáculos principais a esta revolução são o custo de centrais eléctricas da célula combustível do hidrogênio. Uma célula combustível é um dispositivo que converta o combustível, normalmente sob a forma de um gás tal como o hidrogênio ou o oxigênio, na electricidade. Para veículos de estrada, as pilhas da membrana da troca (PEM) de protão são consideradas extensamente como a opção a mais prometedora.

As células combustíveis da membrana (PEM) da troca de Proton fornecem a densidade de poder superior e as vantagens do baixo peso e do volume comparados a outros tipos de células combustíveis. Em uma pilha do PEM, o gás do hidrogênio e do oxigênio é alimentado aos eléctrodos catalíticos em lados opostos de uma membrana especial. Esta membrana especial é porosa aos protão mas não aos elétrons. Os protão e os elétrons são separados pela acção de um catalizador da platina nos eléctrodos. Os protão podem difundir directamente através da membrana mas os elétrons têm que fazer sua maneira através de um circuito externo de alcançar o outro lado, fornecendo a potência para um motor elétrico no processo.

Célula Combustível da Membrana da Troca de Proton. (Source: Serviço da Energia)

O Professor Rod Boswell e o Plasma de Espaço, a Potência & o Grupo da Propulsão em ANU tem trabalhado com plasmas por muitos anos e tornou-se recentemente interessado na possibilidade usando a tecnologia do depósito do plasma para reduzir dramàtica o custo de fazer células combustíveis.

O Professor Boswell igualmente comentou “Produção de pilhas actuais confia freqüentemente nas fases químicas molhadas que são desarrumado, incapazes e consomem grandes quantidades de materiais caros. Nosso alvo é desenvolver técnicas baseadas plasma para criar as membranas e os eléctrodos catalíticos necessários em células combustíveis.”

As células combustíveis da membrana da troca de Proton (PEM), igualmente conhecidas como células combustíveis da membrana do eletrólito do polímero, entregam a densidade de alta potência e oferecem as vantagens do baixos peso e volume, comparadas com outras células combustíveis. As células combustíveis do PEM operam-se em temperaturas relativamente baixas, em torno de 80°C (176°F). A operação De Baixa Temperatura permite que comecem rapidamente (menos tempo de aquecimento) e os resultados em menos vestem em componentes de sistema, tendo por resultado a melhor durabilidade.

A fabricação de eléctrodos começa com uma carcaça do papel químico. O papel químico é escolhido porque é poroso aos combustíveis gasosos usados nas pilhas finais e é igualmente um condutor excelente da electricidade. Isto é carregado na câmara do reactor do plasma e uma camada muito fina de níquel é depositada na superfície. Sob as circunstâncias direitas o níquel forma gotas do nanoscale por todo o lado na superfície do carbono.

A fase seguinte é introduzir o metano e o hidrogênio na câmara do plasma. Muitas reacções complexas seguem conduzindo a uma situação muito surpreendente aonde os complexos do carbono difundam através das sementes do níquel para formar complexos do multi-carbono abaixo. Os protão altamente reactivos do hidrogênio na câmara gravam afastado todos os átomos de carbono que não forem ligados fortemente entre si. As consequências práticas desta são que as fibras nano do carbono crescem abaixo das gotas do níquel que levantam as da carcaça enquanto estendem. O resultado é a tapete-como a coberta de nanofibres do carbono no papel.

(Cortesia de Imagem de Jess Hudspeth, de Plasma de Espaço, de Potência & de Grupo da Propulsão em ANU)

Uma Vez Que a floresta dos nanofibres foi criada o passo seguinte é engasgar o revestimento a superfície com platina. O Professor Boswell explica: “Durante o processo que engasgar as pontas do nanofibre obtêm grossa revestidas de platina com as gotas que se transformam uma pena mais adicional progressivamente mais escassa a fibra. É muita como a neve que cai em uma floresta, obtem muito depositada nas partes superiores da árvore que reduza extremamente a quantidade na terra.”

A vantagem tremenda deste eléctrodo da nanotecnologia é que sua área de superfície vasta e dilui microscopically o revestimento da platina reduz a quantidade de platina exigida a aproximadamente 15% daquela em um eléctrodo convencional da mesma especificação da potência.

Para fazer a célula combustível terminada, a membrana é imprensada entre os lados peludos de duas das folhas catalíticas do eléctrodo do carbono e o conjunto inteiro está quente pressionado em uma única folha.

A tecnologia nova da célula combustível é material emocionante e pode bem ser uma parte fundamental da transição para limpar o transporte. “Tem que ser uma aproximação holística para limpar o transporte. Se você compra um cilindro do hidrogênio hoje, as possibilidades são ele estiveram feitas dos combustíveis fósseis - seria melhor queimar apenas directamente o combustível fóssil. O Que nós precisamos são os veículos da célula combustível que são executado no hidrogênio que por sua vez é gerado pela electricidade limpa de solar ou de hidro. Então nós estaríamos obtendo adiante o” Professor Boswell advertimos. No momento em que custa aproximadamente seis vezes tanto quanto à corrida no hidrogênio quanto a gasolina. Contudo, com os custos da gasolina que continuam a escalar e a possibilidade de economias de escala na produção e na distribuição do hidrogênio, não pode ser todo o isso long before que o balanço econômico desloca.

Copyright AZoNano.com, Prof. Rod Boswell (Universidade de Nacional Australiano)

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

Last Update: 13. June 2013 23:36

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