Под руководством профессоров Су Ха и М. Гранта Нортона из колледжа инженерии и архитектуры Войланд исследователи опубликовали результаты своей работы в майском выпуске Energy Technology. Вторая статья об использовании их топливных элементов с бензином была принята к публикации в Journal of Power Sources.
Исследователи создали топливные элементы размером с монету, чтобы доказать эту концепцию и планируют ее масштабировать.Около 10 лет назад исследователи начали разработку твердооксидных топливных элементов для обеспечения электрической энергией коммерческих самолетов.
Топливные элементы предлагают чистый и высокоэффективный способ преобразования химической энергии топлива в электрическую. Помимо повышения топливной эффективности и снижения выбросов вредных загрязнителей, топливные элементы работают бесшумно и могут быть особенно полезны, когда самолет находится у выхода на посадку и основные реактивные двигатели выключены.Твердооксидный топливный элемент похож на батарею тем, что имеет анод, катод и электролит и вырабатывает электричество. Но он использует топливо для создания непрерывного потока электроэнергии.
Этот процесс может быть примерно в четыре раза более эффективным, чем двигатель внутреннего сгорания, поскольку он основан на электрохимической реакции. Твердооксидный топливный элемент отличается от других топливных элементов тем, что он сделан из твердых материалов, а электричество создается ионами кислорода, проходящими через топливный элемент.Использование реактивного топлива и бензина для питания топливных элементов оказалось непростым делом.
Чтобы избежать увеличения веса устройства, которое преобразует сложное топливо в более простые компоненты, такие как водород и окись углерода (смесь, называемая синтез-газом), исследователи хотели иметь возможность напрямую подавать жидкое топливо в топливный элемент. Кроме того, им пришлось преодолеть проблемы отравления серой и коксования — процесса, в котором твердый продукт образуется в результате несовершенного сгорания. Сера присутствует во всех ископаемых видах топлива и может быстро дезактивировать топливные элементы.Используя уникальный каталитический материал и новую технику обработки, Ха и Нортон и сотрудники из Университета Кён Хи в Южной Корее и компании Boeing в Сиэтле создали высокопроизводительный топливный элемент, который работает при непосредственном питании от суррогата реактивного топлива.
«Результаты этого исследования являются ключевым шагом на пути интеграции технологии топливных элементов в авиацию и разработки самолета, более электрического», — сказал Джо Брайт, младший технический специалист Boeing и исследователь проекта.Исследователи предполагают объединить свой топливный элемент с аккумулятором для питания вспомогательных энергоблоков.
В настоящее время эти агрегаты приводятся в действие газовыми турбинами и управляют фарами, навигационными системами и различными другими электрическими системами. По словам Ха, эти две технологии дополняют слабые стороны друг друга.
Исследователи также использовали бензин для питания своих топливных элементов и предполагают, что когда-нибудь они будут использовать его в автомобилях. Транспортные средства, приведенные в действие таким образом, могут использовать существующие заправочные станции, вместо того, чтобы создавать инфраструктуру на основе водорода.