새로운 대체 에너지 기술이 작동하기에는 충분하지 않습니다. 또한 전통적인 화석 연료와 경쟁하기에 충분히 저렴해야합니다. 이는 메탄과 수소와 같은 연료를 화상을 입지 않고 전기로 전환하는 고체 산화물 연료 전지 (SOFC)라는 장치의 경우 높은 장애물이었습니다. 그러나 이제 연구원들은 한 유형의 SOFC에서 핵심 구성 요소를 더 저렴하게 만들기위한 새로운 레시피를 내놓았다 고보고하여 전체 비용을 급격히 낮출 수 있습니다.
.일리노이 주 에반 스턴에있는 노스 웨스턴 대학교 (Northwestern University)의 재료 과학자이자 연료 전지 전문가 인 Sossina Haile은“이것은 훌륭한 기술 데모입니다. "나는 그것이 많은 흥분을 일으킬 것이라고 생각합니다."
연료 전지는 배터리처럼 작동합니다. 그 안에, 2 개의 전극은 전하 전도 전해질에 의해 분리된다. SOFC의 경우, 전해질은 고체 세라믹 막으로 구성됩니다. 일반적인 설정에서, 공기는 산소 분자가 여분의 전자를 픽업하는 음으로 하전 된 전극 또는 캐소드에 공급됩니다. 이 산소 이온은 막을 통해 양으로 하전 된 양극으로 이동합니다. 그곳에서 그들은 연료의 분자와 반응하여 물, 이산화탄소 및 전기를 생성합니다. 전기는 장치에 전원을 공급하는 회로를 통해 공급 된 다음 양극으로 반환됩니다. 공급되는만큼 긴 연료만으로도 SOFC는 계속 전기를 펌핑합니다.
SOFC에는 유망한 기능이 있습니다. 이 장치는 대형 천연 가스 기반 발전소와 일치 할 수있는 효율성으로 전기를 만듭니다. 그러나 발전소는 엄청나고 건축하는 데 수억 달러의 비용이 들지만 SOFC는 어떤 크기로든 만들 수 있습니다. 따라서 병원 및 제조 공장의 백업 전원으로 매력적이며 그리드에 연결되지 않은 분산 전원 시스템을 생산합니다.
그러나 SOFC는 또한 단점이 있습니다. 기존의 산소 전도체 SOFC에서, 막은 yttria 안정화 된 지르코니아 (yttria-stabilized zirconia) 또는 YSZ라는 세라믹으로 만들어지며, 세포는 800 ℃ 내지 1000 ℃에서 가장 효율적으로 작동한다. 즉, 열 내성 재료를 사용하여 만들어야하므로 대부분의 응용 분야에서 너무 비싸게됩니다. 최근 몇 년 동안, 연구자들은 Yttrium 도핑 바륨 지르코 네이트 (bzy)라고 불리는 세라믹으로 만든 대체 막을 탐구하기 시작했습니다. 이 장치는 수소 가스와 산소를 물과 전기로 전환하는 데 가장 잘 작동하며 약 600 ° C 정도의 낮은 온도에서도 작동합니다. 기존의 SOFC와는 달리 Bzy 멤브레인은 음으로 하전 된 산소 이온의 흐름을 양극으로 향하지 않고 반대쪽으로 긍정적으로 하전 된 수소 이온이 캐소드를 향해 허용합니다. 그러나 그들은 SOFC를 전도하는 산소의 전력 출력과 일치하지 않았습니다.
이제 Golden에있는 Colorado School of Mines의 재료 과학자 Ryan O'Hayre와 그의 동료들은 BZY 연료 전지에서 전력을 높이는 방법을 찾았습니다. 연구원들은 bzy 막의 한 가지 문제가 자신의 방식으로 만들어 졌다고 의심했다. 다른 세라믹 성분을 혼합하려면 일반적으로 1700 ° C의 온도로 가열해야합니다. 그러나 그 극한 온도에서 바륨은 가스로 기화되어 세라믹 전체에 균일하게 혼합하기가 더 어렵습니다. O'Hayre와 그의 동료들은 최근 Solid State Reactive Sintering이라는 대체 혼합 체계를 개척하는 데 도움이되었으며, 이는 혼합 온도를 낮추는 데 도움이되었습니다. 그리고 이제 그들은 오하이르가 "매직 픽시 먼지"라고 부르는 것의 미량량을 추가하여 세라믹 혼합물에 세라믹 혼합물에 온도를 1450 ° C로 줄일 수 있음을 발견했습니다. 결과적으로 더 많은 균일 한 Bzy 혼합물과 장치의 성능이 향상되었습니다.
이 변화는 단일 수소 SOFC에 의해 생성 된 전력 출력을 거의 두 배로 늘렸다. . 뿐만 아니라 새로운 세포는 산소 이온 - 전도성 세포의 출력과 일치했습니다. 또한, 새로운 Bzy 세포는 약 500 ° C에서 가장 잘 작동합니다. 이는 연료 전지 산업을 목표로하는 달콤한 온도입니다.
O'Hayre와 Haile은 새로운 발전이 SOFC 산업에 밤새 혁명을 일으키지 않을 것이라고 경고합니다. 지금까지 O'Hayre의 그룹은 개별 세포 만 생산했습니다. 대조적으로, 상용 장치는 이러한 많은 장치를 연료 전지 "스택"으로 알려진 것들로 배선하여 더 많은 전력을 생성함으로써 작동합니다. 미래의 BZY 기반 SOFC 스택이 개별 장치뿐만 아니라 작동한다면, 연료 전지 산업이 찾고있는 팁 포인트를 생성 할 수 있습니다.
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