211service.com
Praktische Brennstoffzellen für die Elektronik
Ein neues Schema zur Schaffung eines kompakten Geräts, das Methanol effizient in Wasserstoff umwandelt, könnte es praktisch machen, Brennstoffzellen in Laptops und andere tragbare Elektronik zu integrieren. Ein solches Gerät könnte es einem Laptop ermöglichen, 50 Stunden lang zu laufen und durch Einsetzen eines kleinen Kraftstoffpakets sofort wieder aufgeladen zu werden.
Heißes Design: Ein neuer Plan für einen Brennstoffprozessor (oben), der in Brennstoffzellen verwendet werden könnte, sieht die Anordnung einer Reihe von Reaktoren in konzentrischen Rohren vor. In der Mitte befindet sich eine Brennkammer, umgeben von Kammern zum Erhitzen von Methanol und Wasser, zum Strippen von Wasserstoff aus Methanol und zum Entfernen von Kohlenmonoxid. Das untere Bild zeigt eine Möglichkeit, den Brennstoffprozessor in eine Wasserstoff-Brennstoffzelle zu integrieren.
Brennstoffzellen, die mit Methanol oder einem anderen flüssigen Brennstoff betrieben werden, wurden lange Zeit als Lösung für den ständig wachsenden Energiebedarf tragbarer Elektronik angesehen. Aber Brennstoffzellen, die Methanol direkt in Strom umwandeln, sind sperrig. Brennstoffzellen, die mit Wasserstoffgas betrieben werden, sind viel kompakter, aber der Wasserstoff nimmt im Gegensatz zu flüssigem Kraftstoff zu viel Platz ein.
Ein idealer Kompromiss wäre ein System, das eine Wasserstoff-Brennstoffzelle verwendet, den Wasserstoff jedoch in flüssiger Form als Methanol speichert, bis er kurz vor dem Bedarf benötigt wird. Der Wasserstoff würde in einer Reihe von Schritten in einem Brennstoffprozessor freigesetzt, die das Erhitzen des Brennstoffs, um ihn zu verdampfen, das Erhitzen von Wasser für die Dampfreformierung und weitere Reaktionen zur Entfernung von Kohlenmonoxid umfassen. Die Herausforderung bestand jedoch darin, sie sowohl klein als auch effizient zu gestalten.
Beim Treffen der American Chemical Society (ACS) letzte Woche in Boston Ronald Besser , ein Professor für Chemieingenieurwesen am Stevens Institute of Technology in Hoboken, NJ, beschrieb ein neues System, das das Problem lösen könnte.
Anders als bei früheren Konstruktionen, bei denen die verschiedenen Verarbeitungsschritte in aufeinanderfolgenden flachen Schichten eingebaut sind, schlägt Besser eine zylindrische Konstruktion vor, bei der die Schichten konzentrische Rohre bilden. Bei einer solchen Konstruktion breitet sich die Wärme von einer Brennkammer in der Mitte in alle Richtungen aus, was die notwendigen Reaktionen erleichtert. Um jede Schicht auf der optimalen Temperatur zu halten, fügte er Aerogele ein, eine relativ neue Art der Isolierung. Um die Kosten zu senken, schlägt er vor, für mehrere Schichten fortschrittliche Kunststoffe zu verwenden.
Der Brennstoffprozessor zur Erzeugung der 20 Watt Leistung, die für einen Laptop oder ein großes Radio benötigt wird, hätte einen Durchmesser von 4,8 Zentimetern und eine Länge von 10 Zentimetern. Wenn man die Brennstoffzelle und den Brennstoffspeicher hinzufügt, könnte dies weitere 20 Zentimeter Länge bedeuten, schätzt Besser, aber der Prozessor wäre immer noch klein genug, um in einen Laptop zu passen. Bezogen auf das Gesamtpaket würde das System etwa 1.000 Wattstunden pro Kilogramm speichern; die allerbesten Akkus erreichen nur 300 Wattstunden pro Kilogramm, Laptop-Akkus können etwa die Hälfte davon ausmachen. Besser sagt, dass ein solches System potenziell die 5- bis 10-fache Energiemenge wie eine Batterie bereitstellen könnte.
Jamie Holladay , ein Sitzungsleiter bei der ACS-Konferenz, ist optimistisch, dass das System funktionieren kann. Er sagt jedoch, dass seine eigenen Forschungen darauf hindeuten, dass das Einbringen einer Kunststoffschicht möglicherweise nicht möglich ist, da sie sich mit der Zeit verschlechtern könnte. Stattdessen könnte es möglich sein, eine äußere Schicht aus Metall oder Keramik zu verwenden.
Eine Reihe von Forschungsgruppen in Unternehmen sowie in akademischen und staatlichen Labors haben Komponenten für Brennstoffzellen entwickelt, die bald produktreif sein könnten, obwohl Holladay sie nicht in mindestens zwei Jahren auf dem Markt erwartet. (Siehe Bessere Brennstoffzellen für Laptops.) Bei den Wasserstoff-Brennstoffzellen müssen noch Probleme gelöst werden. Solche Brennstoffzellen produzieren beispielsweise bei der Stromerzeugung Wasser, und einen Weg zu finden, dieses Wasser loszuwerden, ohne die umgebende Elektronik in einem Laptop zu beeinträchtigen, sei eine Herausforderung, sagt er. Außerdem sind die Brennstoffzellen noch teuer. Wenn ein Brennstoffzellensystem drei- oder viermal so viel kostet wie eine Batterie, fragt Holladay, warum nicht einfach zusätzliche Batterien für lange Reisen kaufen?
Und viele Experten glauben, dass Brennstoffzellen in der Unterhaltungselektronik nie weit verbreitet sein werden. Sie bezweifeln, dass die Regulierungsbehörden beispielsweise Passagieren erlauben, brennbare Flüssigkeiten in einem Flugzeug mitzunehmen, selbst in kleinen Mengen und sorgfältig verpackt im System.
Dennoch verweisen Befürworter der Technologie auf zahlreiche praktische Anwendungen. Rettungskräfte mit leistungsstarken 20-Watt-Funkgeräten benötigen Energiequellen, die tage- oder wochenlang ohne direkten Zugang zum Stromnetz arbeiten können. (Siehe Drucken von Brennstoffzellen.) Auch das Militär könnte ein wichtiger Kunde sein, der mit der Technologie Batterien ersetzt.