(Phys.org) -- Brandstofcellen, die elektriciteit opwekken uit de chemische energie van een brandstof zoals waterstof, zijn intrinsiek niet in staat om energie op te slaan. Wanneer de waterstoftoevoer van een brandstofcel opraakt of tijdelijk wordt onderbroken, het uitgangsvermogen van de cel daalt snel tot nul. Als een toepassing energieopslag vereist, dan moet de brandstofcel worden gekoppeld aan een externe ladingopslagvoorziening, zoals een batterij, waardoor het gewicht en het volume van het systeem toenemen. Maar nu hebben onderzoekers een waterstofbrandstofcel ontworpen met een nieuwe anode die tot 14 keer langer elektriciteit kan leveren dan conventionele brandstofcellen. die met name nuttig kunnen zijn voor mobiele energietoepassingen.

De onderzoekers, Quinten van Overmeere, Kian Kerman, en Shriram Ramanathan, aan de Harvard School of Engineering and Applied Sciences in Cambridge, Massachusetts, hebben hun studie over de energie-opslaande vaste-oxide-brandstofcellen (SOFC's) gepubliceerd in een recent nummer van: Nano-letters .

In hun studie hebben de onderzoekers fabriceerden de anode van de vaste-oxidebrandstofcel met vanadiumoxide of een combinatie van vanadiumoxide en poreus platina. Vanadium staat bekend om zijn neiging om de oxidatietoestand te veranderen, een proces waarbij elektronen worden overgedragen. Aangezien een sleutel tot het opslaan van lading in brandstofcellen het gebruik van materialen is die elektrische ladingen omkeerbaar kunnen overbrengen, de eigenschappen van vanadium maken het een goede kandidaat voor deze technologieën.

"Deze dunne-film-SOFC maakt gebruik van recente ontwikkelingen op het gebied van gebruik bij lage temperaturen om een ​​nieuw en veelzijdiger materiaal op te nemen, " zei Ramanathan. "Vanadiumoxide aan de anode gedraagt ​​zich als een multifunctioneel materiaal, waardoor de brandstofcel zowel energie kan opwekken als opslaan."

De experimenten van de onderzoekers toonden aan dat, nadat de brandstoftoevoer voor waterstof is uitgeschakeld, brandstofcellen met de vanadiumoxide-anode kunnen meer dan 3 minuten stroom opwekken, vergeleken met ongeveer 10-15 seconden voor brandstofcellen met poreuze platinaanoden. Beide brandstofcellen produceerden een vergelijkbaar vermogen, en de onderzoekers verwachten dat toekomstige verbeteringen deze keer verder zullen duren. Met de mogelijkheid om elektrochemische energie op te slaan, het nieuwe apparaat zou kunnen worden gezien als een combinatie van de kenmerken van een brandstofcel en een batterij.

Voor nu, de onderzoekers weten niet precies wat de nieuwe brandstofcel laat draaien nadat de toevoer is afgesneden. Ze identificeerden en testten drie mogelijke ladingsopslagmechanismen, met de resultaten die aantonen dat omkeerbare oxidatie van de anode een deel van de waargenomen lading bijdroeg, maar heb niet alles in rekening gebracht. De bevinding suggereert dat de energieopwekking in afwezigheid van brandstof voortkomt uit meerdere mechanismen.

Hoewel het identificeren van de onderliggende mechanismen verder onderzoek zal vereisen, de ontdekking dat vanadiumoxide-anoden energie kunnen opslaan en stroom kunnen leveren wanneer de brandstofvoorraad op is, zou nuttig kunnen zijn voor de ontwikkeling van toekomstige miniatuurstroombronnen. Toepassingen kunnen zijn miniatuur autonome systemen, militaire technologieën, en andere apparaten die korte tijd moeten werken.

"Onbemande luchtvoertuigen, bijvoorbeeld, zou hier echt baat bij hebben, " zei Van Overmeere. "Als het onmogelijk is om in het veld te tanken, een extra boost van opgeslagen energie zou de levensduur van het apparaat aanzienlijk kunnen verlengen."

Copyright 2012 Phys.org
Alle rechten voorbehouden. Dit materiaal mag niet worden gepubliceerd, uitzending, geheel of gedeeltelijk herschreven of herverdeeld zonder de uitdrukkelijke schriftelijke toestemming van PhysOrg.com.