Material terobosan membuat jalur menuju penggunaan hidrogen untuk sel bahan bakar dalam kondisi panas dan kering

Material terobosan membuat jalur menuju penggunaan hidrogen untuk sel bahan bakar dalam kondisi panas dan kering


Berita – LOS ALAMOS, NM, 7 Desember 2020– Tim peneliti kolaboratif, termasuk Los Alamos National Laboratory, University of Stuttgart (Jerman), University of New Mexico, dan Sandia National Laboratories, telah mengembangkan konduktor proton untuk sel bahan bakar berdasarkan asam polistiren fosfonat yang menjaga konduktivitas proton tinggi hingga 200 C tanpa air. Mereka menggambarkan kemajuan materi dalam makalah yang diterbitkan minggu ini di Bahan Alam. Hidrogen yang dihasilkan dari bahan bakar terbarukan, nuklir, atau fosil dengan penangkapan, pemanfaatan, dan penyimpanan karbon dapat membantu dekarbonisasi industri dan memberikan ketahanan dan fleksibilitas lingkungan, energi, dan fleksibilitas di berbagai sektor ekonomi. Untuk itu, sel bahan bakar adalah teknologi menjanjikan yang mengubah hidrogen menjadi listrik melalui proses elektrokimia, hanya mengeluarkan air.

“Sementara komersialisasi kendaraan listrik sel bahan bakar yang sangat efisien telah berhasil dimulai,” kata Yu Seung Kim, pemimpin proyek di Los Alamos, “inovasi teknologi lebih lanjut diperlukan untuk platform sel bahan bakar generasi berikutnya yang berkembang menuju aplikasi kendaraan tugas berat. Salah satu tantangan teknis sel bahan bakar saat ini adalah penolakan panas dari reaksi elektrokimia eksotermik sel bahan bakar.

“Kami telah berjuang untuk meningkatkan kinerja sel bahan bakar membran suhu tinggi setelah kami mengembangkan membran terkoordinasi pasangan ion pada tahun 2016,” kata Kim. “Polimer pasangan ion bagus untuk penggunaan membran, tetapi kandungan dopan asam fosfat yang tinggi menyebabkan keracunan elektroda dan pembanjiran asam saat kami menggunakan polimer sebagai pengikat elektroda.”

Dalam sel bahan bakar saat ini, kebutuhan penolakan panas dipenuhi dengan mengoperasikan sel bahan bakar pada tegangan sel tinggi. Untuk mencapai mesin bertenaga sel bahan bakar yang efisien, suhu pengoperasian tumpukan sel bahan bakar harus meningkat setidaknya hingga suhu cairan pendingin engine (100 C).

“Kami percaya bahwa polimer terfosfonasi akan menjadi alternatif yang baik, tetapi bahan sebelumnya tidak dapat diterapkan karena pembentukan anhidrida yang tidak diinginkan pada suhu operasi sel bahan bakar. Jadi kami telah fokus pada pembuatan polimer terfosfonasi yang tidak mengalami pembentukan anhidrida. Tim Kerres di Universitas Stuttgart mampu menyiapkan bahan-bahan tersebut dengan memasukkan bagian fluor ke dalam polimer. Sangat menarik bahwa kita sekarang memiliki baik membran dan pengikat ionomer untuk sel bahan bakar bersuhu tinggi, ”kata Kim.

Sepuluh tahun yang lalu, Atanasov dan Kerres mengembangkan sintesis baru untuk poli terfosfonasi (pentafluorostirena) yang terdiri dari langkah-langkah i) polimerisasi pentafluorostiren melalui polimerisasi emulsi radikal dan ii) fosfonasi polimer ini dengan reaksi fosfonasi nukleofilik. Anehnya, polimer ini menunjukkan konduktivitas proton yang baik lebih tinggi dari Nafion dalam kisaran suhu> 100 ° C, dan kimia yang sangat baik dan stabilitas termal yang tidak terduga> 300 ° C.

Atanasov dan Kerres berbagi perkembangan mereka dengan Kim di Los Alamos, yang timnya kemudian mengembangkan sel bahan bakar suhu tinggi untuk digunakan dengan polimer terfosfonasi. Dengan integrasi perakitan elektroda membran dengan membran terkoordinasi pasangan ion LANL (Lee et al. Energi Alam, 1, 16120, 2016), sel bahan bakar yang menggunakan polimer terfosfonasi menunjukkan kepadatan daya yang sangat baik (1,13 W-2 di bawah H2/HAI2 kondisi dengan stabilitas> 500 jam pada 160 C).

Apa berikutnya? “Mencapai lebih dari 1 W cm-2 kepadatan daya adalah tonggak penting yang memberi tahu kita bahwa teknologi ini dapat berhasil menuju komersialisasi, ”kata Kim. Saat ini, teknologi sedang mengejar komersialisasi melalui ARPA-E Departemen Energi dan Kantor Teknologi Hidrogen dan Sel Bahan Bakar di dalam Kantor Efisiensi Energi dan Energi Terbarukan (EERE).

Kertas: “Poli (pentafluorostiren) yang terintegrasi secara sinergis untuk sel bahan bakar” Bahan Alam. https://doi.org/10.1038/s41563-020-00841-z

Pendanaan: Penelitian di Los Alamos didanai oleh DOE ARPA-E dan EERE Hydrogen and Fuel Cell Technologies Office. Pekerjaan tersebut mendukung area misi Keamanan Energi Laboratorium.

Tentang Los Alamos National Laboratory (www.lanl.gov)Laboratorium Nasional Los Alamos, sebuah lembaga penelitian multidisiplin yang bergerak dalam ilmu strategis atas nama keamanan nasional, dikelola oleh Triad, organisasi ilmu keamanan nasional yang berorientasi pada layanan publik yang dimiliki oleh tiga anggota pendirinya: Battelle Memorial Institute (Battelle), Texas Sistem Universitas A&M (TAMUS), dan Bupati Universitas California (UC) untuk Administrasi Keamanan Nuklir Nasional Departemen Energi.

Los Alamos meningkatkan keamanan nasional dengan memastikan keselamatan dan keandalan cadangan nuklir AS, mengembangkan teknologi untuk mengurangi ancaman dari senjata pemusnah massal, dan menyelesaikan masalah yang terkait dengan energi, lingkungan, infrastruktur, kesehatan, dan masalah keamanan global.

LA-UR-20-29919


Diposting Oleh : https://singaporeprize.co/

About the author