燃料电池取代柴油发电机

初创公司西能源系统公司（SiEnergy Systems）克服了主要障碍，商业化运行固体氧化物燃料电池（solid-oxide fuel cells），样品运行温度要低数百度，这是对比今天市场上的那些电池而言。合作者有哈佛大学（Harvard）材料科学教授西里兰姆·拉马纳坦（Shriram Ramanathan），西能源系统公司总部设在波士顿，已经演示了一种固体氧化物燃料电池，这种电池可运行在摄氏500度，相对而言，800到1000度才是现有设备需要的。这种电池使用薄膜电解质（thin-film electrolyte），机械支撑采用金属网格（metal grid），这就使它可以大得多，超过以前制造的类似设备，是以厘米计的面积，这一尺寸是需要的，实际应用的不是微米级。 固体氧化物燃料电池可以采用各种燃料，包括柴油或天然气，引入的氧气来自空气，会在阴极减少，然后，通过一种固体氧化物电解膜（electrolye membrane），把氧离子传递到阳极，在那里燃料被氧化，产生的电子被引出设备。它们的高工作温度取决于这样一个事实，就是离子更迅速地穿过电解质，是因为更高的温度。 如果电解质非常薄，只有几百纳米厚，那么，一种固体氧化物燃料电池就可运行在较低温度。这种电解质可驱动非常小的示范装置，但在西能源公司和拉马纳坦的工作之前，没有人制成的超薄固体氧化物膜足够大，可以用于实际装置，哈里·图勒（Harry Tuller）说，他是麻省理工学院（MIT）材料科学和工程学教授。“挑战在于，这种薄膜是这么薄，很脆弱，容易撕裂，在加工过程中或在加热和冷却循环中就是这样，”图勒说。当加热和冷却时，不同的材料都是用以制备它们的，这些材料扩张和收缩的速度不同，这就损害了精致的薄膜。“我们和其他人努力保护这种薄膜，采用一种或多种结构保护，”他说，“但没有成功做到，因为是在这么大的面积上。” 有一篇文章发表在杂志《自然纳米技术》上，研究者描述，制作的电解质膜更稳定，在热学上和机械上都是这样。他们开始是采用100纳米厚的电解膜，这种电解膜的制备采用氧化锆（zirconia）和钇（yttrium）。他们沉积了一种支持性金属网格在它上面，以固定薄膜，从而可以被加热和冷却，因为网格是用导电材料制成，因此，可作为阳极。他们结合采用了高密度、高性能的阴极，这种阴极是拉马纳坦以前开发的。在他们发表的文章中，西能源公司已经演示了系列燃料电池，每个约五平方毫米。拉马纳坦说，这种方法可升级到厘米级面积，这是设备需要的。 西能源公司总经理维森特·夋恩（Vincent Chun）说，这只是第一次示范，公司现正在努力集成这种薄薄的燃料电池，集成到整体系统，并测试燃料。夋恩希望，公司的燃料电池可节省材料成本，因为他们是如此薄。夋恩表示，公司计划提供替代品，取代柴油发电机、家庭取暖和发电系统。