Твердоокисные топливные элементы, которыми эффективно управляются при широком разнообразии обычных видов топлива и биотоплива, но их высокая рабочая температура ограничивает их применение. Большое количество исследователей изучают эту проблему, проектируя новые электроды и материалы электролита, которые работают при более низких температурах. Сейчас исследователи в Японии продемонстрировали высокоэффективный микротопливный элемент, который работает прив более низких температурах, благодаря реструктурированному электроду.

"Ячейка является подходящей для портативных источников энергии, которые требуют быстрого запуска," так же как вспомогательная энергия для автоповодов, говорит Тошайо Сазаки, исследователь Национального института Японии (National Institute of Advanced Industrial Science and Technology). Сазаки (Susuki) вел проектирование нового топливного элемента, который описан сегодня в журнале Наука. Ячейка - сформированная труба и приблизительно два миллиметра в диаметре; его выходная мощность - приблизительно один ватт в 600 ºС. Обычные твердоокисные топливные элементы работают в температурах выше 700 ºС.

Твердоокисные топливные элементы производят электрический ток, извлекая кислород из воздуха и используя его для окисления топлива. Кислород проникает через катод, топливо через анод; эти два вещества реагируют в электролите и образовываются вода и углекислый газ, как ненужные продукты, в зависимости от вида топлива. Эта реакция более эффективна, чем обычные генераторы. Твердоокисные топливные элементы также более эффективны, чем другие типы топливных элементов, который используют дорогие платиновые катализаторы и полимерные мембраны, которые загрязняются, и работают только на водородном топливе.

Твердоокисные топливные элементы "более гибкие, более мощные, и не загрязняются," говорит Эрик Уочсман, директор Флоридского Института Энергии, заведующий кафедрой материаловедения в Университете Флориды. Проблема с этими устройствами, говорит Уочсман, является рабочая температура. Это означает, что требуется долгое время для старта, и поэтому Вы не можете использовать их в сотовом телефоне. Высокие температуры, также отрицательно влияют на корпус элемента, разрушая его постепенно.

Группа Сазаки создала источник энергии с более низкой рабочей температурой, улучшая структуру анода, куда входит топливо. Японская группа использовала обычные методы, включая литографию и гравировку, делала аноды с различными степенями пористости. Лучше других оказался анод, имеющий очень пористую структуру, изготовленный из окиси никеля, обычного материала для этих электродов. Сазаки говорит, что они хотели использовать существующие материалы, потому что работали с ними в течение долгого времени. "Это надежные материалы, работающие длительное время, и они имеют преимущество в стоимости по сравнению с другими новыми материалами для низкотемпературных твердоокисных топливных элементов," объясняет он.

"Работа без сомнения весьма хороша," говорит Гарри Таллер, профессор керамики и электронных материалов в MIT. "Это - хорошее систематическое исследование, оно демонстрирует эволюционные усовершенствования электрода", говорит он. Однако, Таллер отмечает, что электроды и электролит содержат небольшие количества дорогих материалов, которые увеличивают стоимость ячеек. Анод содержит, дополнительно к окиси никеля, небольшое количество редкого элемента - скандия.

История продолжается ниже

Уочсман говорит, что трудно уменьшить рабочую температуру этих ячеек, не идя на компромисс с выходной мощностью. Он также исследует новые твердоокисные структуры электрода топливного элемента, с целью их улучшения. Используя различный набор материалов и данный подход, Уочсман недавно демонстрировал топливный элемент с реструктурированным анодом и новым электролитом выходной мощности двух ватт на квадратный сантиметр в 650 ºС . Эта работа описана в журнале Electrochemistry Communications.

Сазаки говорит, что его группа ведет переговоры с несколькими компаниями о промышленном производстве микротопливного элемента.