Células de combustível de cerâmica protônica poderiam um dia ser usadas para alimentar cabines fora da rede em locais remotos, geradores de backup durante desastres naturais e muito mais.

No primeiro estudo de longo prazo desse tipo, pesquisadores da Colorado School of Mines mostraram que a classe relativamente nova de células de combustível exibe tanto a durabilidade de longo prazo quanto a flexibilidade de combustível necessárias para se tornar uma alternativa comercial viável a outras tecnologias de células de combustível existentes.

Em tudo, pesquisadores testaram 11 combustíveis diferentes - hidrogênio, metano, gás natural doméstico (com e sem sulfeto de hidrogênio), propano, n-butano, i-butano, iso-octano, metanol, etanol e amônia - demonstrando excelente desempenho e durabilidade excepcional em todos os tipos de combustível ao longo de milhares de horas de operação. Suas descobertas, "Altamente durável, coque e tolerante a enxofre, células de combustível de cerâmica protônica flexível a combustível, "foram publicados hoje pela revista Natureza .

"As células a combustível de cerâmica protônica (PCFCs) são muito flexíveis em termos de combustível. Podemos alimentá-las com todos os tipos de combustíveis do mundo real e produzir eletricidade, "disse Ryan O'Hayre, professor de engenharia metalúrgica e de materiais e co-autor principal do artigo com Mines Ph.D. candidato Chuancheng Duan. "Isso é muito diferente de outras células de combustível que funcionam apenas com hidrogênio. Algumas células de combustível de óxido sólido (SOFCs) de alta temperatura também funcionam com outros combustíveis, mas são muito exigentes - se você alimentá-las com outros combustíveis além do hidrogênio, eles são suscetíveis a contaminação e degradação, e seu desempenho cai rapidamente com o tempo. Nossas células de combustível não enfrentaram esses problemas com testes de longo prazo. "

"Ninguém consegue que o hidrogênio seja entregue em sua porta com muita facilidade, "O'Hayre acrescentou." Mas você pode descer a estrada para o 7-Eleven e pegar um tanque de propano. "

As cerâmicas protônicas são relativamente novas no mundo das células de combustível, o material só foi descoberto no Japão em 1980. Não foi até o final dos anos 1980 e início dos anos 1990, no entanto, que a tecnologia começou a ganhar aceitação, e apenas nos últimos oito anos, pesquisadores fizeram grandes avanços na abordagem de questões de estabilidade e como fazer as membranas densas necessárias para alimentar um dispositivo, O'Hayre disse.

Os testes de desempenho realizados em Minas foram 10 vezes mais longos do que qualquer esforço anterior, O'Hayre disse. Para os testes, Duan projetou e construiu um sistema de teste de célula de combustível onde ele poderia testar simultaneamente sete células usando combustíveis diferentes por milhares de horas. A configuração exigiu monitoramento cuidadoso por quase dois anos.

"O teste mais longo foi 8, 000 horas, que é quase um ano inteiro, "Duan disse." A taxa de degradação da maioria das células de combustível era inferior a 3 por cento por 1, 000 horas, que atende aos requisitos de produtos comerciais. "

O desenvolvimento de uma tecnologia de célula de combustível altamente durável que pode usar diretamente gás natural e hidrocarbonetos é fundamental quando se trata de comercialização, Disse Duan.

Pesquisadores de minas agora estão trabalhando com a Fuel Cell Energy, uma empresa de células de combustível sediada em Connecticut, para expandir a tecnologia em escala de laboratório e desenvolver um protótipo pré-comercial que pudesse fornecer a quantidade de eletricidade necessária para alimentar um RV ou cabine remota, com financiamento da Agência de Projetos de Pesquisa Avançada de Energia (ARPA-E) do Departamento de Energia dos Estados Unidos.

"Com base em nosso trabalho e realizações atuais, é hora de colaborar com um parceiro industrial para fazer produtos comerciais, "Duan disse." Em três anos, haverá uma pilha de PCFC de gás natural direto de 500 watts desenvolvida com base em nossa tecnologia. Em menos de 10 anos, haverá uma pilha de PCFC de 1 quilowatt que pode servir como uma fonte de alimentação doméstica, a fonte de alimentação de backup para escritórios ou estações base móveis. "

"Este é um excelente exemplo das colaborações frutíferas entre Mines e CoorsTek catalisadas em parte por seu apoio principal para o novo Centro CoorsTek para Ciência Aplicada e Engenharia no campus, "Disse O'Hayre." David Hook, da CoorsTek, liderou estudos de XRD de alta temperatura que nos ajudaram a entender melhor o comportamento em alta temperatura de nossa membrana de cerâmica protônica. "