Uma equipe de pesquisa coreana desenvolveu uma célula a combustível de cerâmica de alto desempenho que pode operar com combustíveis de butano. Uma vez que o butano pode ser liquefeito e, portanto, armazenado e transportado facilmente, a nova tecnologia pode expandir a gama de aplicação de células a combustível cerâmicas para aplicações portáteis e móveis, como carros elétricos, robôs e drones. Anteriormente, as células a combustível cerâmicas só foram consideradas para aplicação em sistemas de geração de energia de grande capacidade devido à sua operação em alta temperatura.

O Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST) anunciou que a equipe de pesquisa do Dr. Son Ji-Won no Centro de Pesquisa de Materiais de Energia do KIST desenvolveu um alto desempenho, célula a combustível de cerâmica baseada em película fina que poderia operar em temperaturas médias a baixas abaixo de 600 ° C usando combustíveis de butano.

As células a combustível cerâmicas são um tipo de célula a combustível de alta temperatura que opera acima de 800 graus C. Esta alta temperatura permite o uso de catalisadores baratos, como níquel, em contraste com as células de combustível de baixa temperatura, como células de combustível de eletrólito de polímero, que usam catalisadores de platina de alto custo para complementar sua baixa atividade catalítica. Outra grande vantagem das células a combustível de alta temperatura é que elas podem usar vários combustíveis além do hidrogênio puro, como GLP e GNL com baixa emissão devido à alta eficiência. Contudo, ironicamente, mesmo que as células de combustível de alta temperatura usem catalisadores baratos, sua operação requer materiais refratários caros e tecnologias de fabricação. Outro fator limitante é que o processo liga-desliga do sistema leva muito tempo devido às características da operação em alta temperatura, que restringem sua aplicação a sistemas estacionários de geração de energia em grande escala.

Muitas equipes de pesquisa em todo o mundo trabalharam em células a combustível cerâmicas baseadas em filme fino, que pode operar em baixas temperaturas sem perda de desempenho. Infelizmente, o problema é que a operação em temperatura mais baixa faz com que as células a combustível cerâmicas percam uma de suas vantagens importantes, isso é, sua capacidade de usar vários combustíveis. Quando o catalisador de níquel de células a combustível de cerâmica é usado com combustíveis de hidrocarbonetos, como metano, propano, e butano, o carbono gerado durante a conversão do combustível é depositado na superfície do níquel. Isso piora seriamente à medida que a temperatura diminui, levando à falha da operação da célula.

A equipe de pesquisa do Dr. Son Ji-Won resolveu esse problema incorporando catalisadores secundários de alto desempenho, que pode converter combustíveis mais facilmente, por tecnologia de filme fino. Usando deposição alternada do catalisador secundário e das camadas principais do catalisador, a equipe conseguiu distribuir efetivamente o catalisador secundário nas partes mais próximas dos eletrodos de combustível para o eletrólito. Por aqui, a incorporação controlada de catalisadores secundários de pequena quantidade, mas efetivamente posicionados, era possível.

Usando este procedimento, a equipe de pesquisa do KIST foi capaz de aplicar com sucesso catalisadores secundários conhecidos por sua alta atividade catalítica em baixas temperaturas, como paládio (Pd), rutênio (Ru), e cobre (Cu), aos eletrodos de combustível nanoestruturados. Eles confirmaram a operação de alto desempenho das células a combustível cerâmicas baseadas em película fina recentemente desenvolvidas em temperaturas de operação média e baixa (500-600 C), usando combustível de butano, que é um combustível muito acessível.

"Esta pesquisa examinou sistematicamente os possíveis usos de combustíveis de hidrocarbonetos em células a combustível de cerâmica operando em baixas temperaturas, "disse o Dr. Son Ji-won." O uso de combustíveis portáteis como o butano em temperaturas operacionais mais baixas permitiria o desenvolvimento de sistemas de células de combustível de cerâmica menores e integrados, que pode ser aplicado a fontes de energia portáteis e móveis. "