Een Koreaans onderzoeksteam heeft een hoogwaardige keramische brandstofcel ontwikkeld die kan werken op butaanbrandstoffen. Omdat butaan vloeibaar kan worden gemaakt en dus gemakkelijk kan worden opgeslagen en vervoerd, de nieuwe technologie zou het toepassingsbereik van keramische brandstofcellen kunnen uitbreiden naar draagbare en mobiele toepassingen zoals elektrische auto's, robots en drones. Eerder, keramische brandstofcellen waren vanwege hun werking bij hoge temperaturen alleen in aanmerking gekomen voor toepassing in energieopwekkingssystemen met grote capaciteit.

Het Korea Institute of Science and Technology (KIST) heeft aangekondigd dat het onderzoeksteam van Dr. Son Ji-Won bij KIST's Center for Energy Materials Research een high-performance, op dunne film gebaseerde keramische brandstofcel die zou kunnen werken bij gemiddelde tot lage temperaturen onder 600 ° C met behulp van butaanbrandstoffen.

Keramische brandstofcellen zijn een soort hogetemperatuurbrandstofcel die werkt boven 800°C. Deze hoge temperatuur maakt het gebruik van goedkope katalysatoren mogelijk, zoals nikkel, in tegenstelling tot lage temperatuur brandstofcellen, zoals polymeer elektrolyt brandstofcellen, die dure platinakatalysatoren gebruiken om hun lage katalytische activiteit aan te vullen. Een ander groot voordeel van hogetemperatuurbrandstofcellen is dat ze verschillende brandstoffen kunnen gebruiken, behalve pure waterstof, zoals LPG en LNG met lage emissie door hoog rendement. Echter, ironisch, hoewel brandstofcellen voor hoge temperaturen goedkope katalysatoren gebruiken, hun werking vereist dure vuurvaste materialen en productietechnologieën. Een andere beperkende factor is dat het aan-uitproces van hun systeem lang duurt vanwege de kenmerken van werking bij hoge temperaturen, die hun toepassing beperken tot grootschalige stationaire energieopwekkingssystemen.

Veel onderzoeksteams over de hele wereld hebben gewerkt aan op dunne film gebaseerde keramische brandstofcellen, die bij lage temperaturen kan werken zonder prestatieverlies. Helaas, het probleem is dat de werking bij lagere temperaturen ervoor zorgt dat keramische brandstofcellen een van hun belangrijke voordelen verliezen, dat is, hun vermogen om verschillende brandstoffen te gebruiken. Wanneer de nikkelkatalysator van keramische brandstofcellen wordt gebruikt met koolwaterstofbrandstoffen, zoals methaan, propaan, en butaan, de koolstof die tijdens de brandstofconversie wordt gegenereerd, wordt afgezet op het oppervlak van nikkel. Dit verergert ernstig naarmate de temperatuur daalt, wat leidt tot het mislukken van de celwerking.

Het onderzoeksteam van Dr. Son Ji-Won loste dit probleem op door hoogwaardige secundaire katalysatoren op te nemen, die brandstoffen gemakkelijker kunnen omzetten, door dunnefilmtechnologie. Met behulp van afwisselende afzetting van de secundaire katalysator en de belangrijkste katalysatorlagen, het team was in staat om de secundaire katalysator op de dichtstbijzijnde delen van de brandstofelektroden effectief naar de elektrolyt te verdelen. Op deze manier, gecontroleerde opname van kleine maar effectief gepositioneerde secundaire katalysatoren was mogelijk.

Met behulp van deze procedure, het KIST-onderzoeksteam was in staat om met succes secundaire katalysatoren toe te passen die bekend staan ​​om hun hoge katalytische activiteit bij lage temperaturen, zoals palladium (Pd), ruthenium (Ru), en koper (Cu), naar de brandstofelektroden met nanostructuur. Ze bevestigden de krachtige werking van de nieuw ontwikkelde op dunne film gebaseerde keramische brandstofcellen bij gemiddelde en lage bedrijfstemperaturen (500-600 C), het gebruik van butaanbrandstof, dat is een zeer betaalbare brandstof.

"Dit onderzoek onderzocht systematisch de mogelijke toepassingen van koolwaterstofbrandstoffen in keramische brandstofcellen die bij lage temperaturen werken, " zei Dr. Son Ji-won. "Het gebruik van draagbare brandstoffen zoals butaan bij lagere bedrijfstemperaturen zou de ontwikkeling van kleinere en geïntegreerde keramische brandstofcelsystemen mogelijk maken, die kan worden toegepast op draagbare en mobiele stroombronnen."