Zimne ogniwo paliwowe

Jacobo Santamaría Sánchez-Barriga i jego zespół z madryckiego Universidad Complutense, tak zmodyfikowali elektrolit wykorzystywany w ogniwach paliwowych ze stałym tlenkiem, że pracuje one w temperaturze o kilkaset stopni niższej niż dotychczas. To z kolei ułatwia stosowanie takiego rozwiązania.

Standardowo ogniwa ze stałym tlenkiem pracują w temperaturach 600-1000 stopni Celsjusza. Najpowszechniej używanym w nich elektrolitem jest tlenek cyrkonu stabilizowany tlenkiem itru. Do pracy wymaga jednak temperatur powyżej 700 stopni Celsjusza.

Ogniwa paliwowe ze stałym tlenkiem mogą być w przyszłości wartościowymi źródłami energii, jednak wysokie temperatury ich pracy czynią je bardzo drogimi i ograniczają zakres użycia. Dlatego też Eric Wachsman, dyrektor Florydzkiego Instytutu Energii Zrównoważonej Gospodarkii Energią, nazwał prace hiszpańskich naukowców gigantycznym udoskonaleniem tego typu ogniw.

W ogniwach ze stałym tlenkiem do jednej z elektrod dostarczany jest tlen, do drugiej paliwo. Elektrolit umożliwia przepływ jonów tlenu do elektrody z paliwem. Jeśli np. paliwem jest wodór, to w efekcie powstaje woda i zostają uwolnione elektrony. Elektrolit wymusza na elektronach ruch do zewnętrznego obwodu elektrycznego, w którym powstaje energia. Po jakimś czasie elektrony trafiają z niego do elektrody z tlenem. Tam, wskutek ich działania, uwalniane są jony tlenu i cały cykl się powtarza.

Problem w tym, że efektywność pracy elektrolitu, a dokładniej jego przewodność jonowa, zależy od temperatury. Santamaria zauważył, że można ją znacznie zwiększyć w niskich temperaturach, jeśli standardowy elektrolit zostanie poprzedzielany 10-nanometrowymi warstwami tytanianu strontu (SrTiO₃). Okazało się, że takie rozwiązanie aż o 100 milionów razy zwiększa przewodność jonową elektrolitu w temperaturze pokojowej.

Wachsman informuje, że ulepszone przez Hiszpanów ogniwa paliwowe nieprędko trafią na rynek. Przede wszystkim należy zweryfikować pomiary, a te jest bardzo trudno wykonać na materiałach o tak niewielkiej grubości jak wspomniana warstwa SrTiO₃. Zastosowanie nowego elektrolitu też wymaga przeprojektowania ogniw paliwowych. W końcu, zmniejszenie temperatury elektrolitu wpłynie na pracę samych elektrod, a więc i one muszą zostać odpowiednio ulepszone.

ogniwo paliwowe z tlenkiem stałym tytanian strontu SrTiO₃ elektrolit elektroda tlenek cyrkonu tlenek itru