[Gambar di atas] Sederet sel bahan bakar di bagian depan daya pusat data eBay dekat Salt Lake City, Utah. Kredit: Energi Bloom
Dipublikasikan pada tanggal 2 Maret 2018 | Oleh: April Gocha
Penelitian baru memicu masa depan sel bahan bakar.
Sel bahan bakar telah lama diidealkan dalam energi bersih berjangka karena kemampuannya untuk menghasilkan energi bebas polusi yang hampir tanpa batas. Namun dalam praktiknya — seperti dalam banyak aspek kehidupan — tidak sesederhana itu.
Ada berbagai jenis sel bahan bakar yang para ilmuwan, perancang, dan insinyur telah sajikan untuk mendapatkan kita energi bersih yang telah lama kita impikan.
Proton-pertukaran membran atau sel-sel sel bahan bakar membran elektrolit polimer (PEMFCs) adalah pemimpin global saat ini dalam hal sel bahan bakar komersial, menurut infografis Statista . PEMFC menawarkan rasio daya-terhadap-berat yang tinggi dan suhu operasi yang rendah — membuat mereka sangat cocok untuk menyalakan kendaraan penumpang, misalnya.
Jenis sel bahan bakar yang paling populer secara komersial berikutnya, sel bahan bakar oksida padat (SOFCs), dapat beroperasi pada suhu yang jauh lebih tinggi — memungkinkan efisiensi yang lebih tinggi dan kemampuan daya — karena mereka menggunakan bahan elektrolit yang lebih stabil: keramik.
Dan jenis sel bahan bakar keramik yang lebih baru yang disebut sel bahan bakar keramik protonik (PCFC) juga menawarkan kemungkinan yang menarik.
Para peneliti masih bekerja untuk mengoptimalkan kinerja bahan keramik untuk sel bahan bakar. Tetapi jika penelitian saat ini adalah indikasi, keramik mungkin hanya bahan yang tepat untuk merealisasikan kemungkinan baru yang luas untuk masa depan energi yang bersih.
Mendorong sel bahan bakar keramik protonik ke depan
Para peneliti di Northwestern University (Evanston, Ill.) Telah mengembangkan sebuah sel bahan bakar keramik protonik yang cocok untuk Goldilocks — ia beroperasi pada suhu yang tepat sebesar 500ºC untuk memungkinkan daya biaya rendah dan efisiensi tinggi yang dapat membawa sel bahan bakar keramik ke garis depan lanskap energi.
Sel bahan bakar beroperasi pada kisaran suhu menengah, target yang sudah lama bagi para peneliti yang mengembangkan sel bahan bakar.
Itu karena sel bahan bakar yang beroperasi pada suhu yang lebih tinggi beroperasi lebih efisien, tetapi membutuhkan bahan yang dapat mengambil panas — yang tidak murah. Tapi sementara sel bahan bakar yang beroperasi pada suhu yang lebih rendah memotong masalah itu, mereka menciptakan yang baru — mereka membutuhkan katalis mahal untuk mempercepat reaksi mereka yang tidak efisien.
Tim Northwestern, yang dipimpin oleh anggota ACerS Sossina Haile , menyerang pengembangan sel bahan bakar mid-tempeature-range dari beberapa sudut.
"Kami memecahkan banyak masalah secara bersamaan dengan mengubah elektroda, meningkatkan elektrolit, dan menciptakan kontak dan komunikasi yang baik antara dua bahan," kata Haile dalam rilis berita Universitas Northwestern .
Untuk elektroda, tim menggunakan bahan katoda perovskit ganda dengan aktivitas tinggi yang disebut PBSCF (PrBa 0,5 Sr 0,5 Co 1,5 Fe 0,5 O 5 + δ ). Bergabung dengan bahan dengan elektrolit stabil yang disebut BZCYYb4411 (BaZr 0,4 Ce 0,4 Y 0,1 Yb 0,1 O 3 ) disediakan hanya pas kepadatan daya tinggi dan stabilitas pada suhu operasi menengah.
Para ilmuwan juga menemukan bahwa masalah lain yang telah melanda sel bahan bakar sebelumnya adalah kontak yang buruk antara elektroda dan elektrolit, yang memperlambat migrasi ion dari satu elektroda ke elektroda lainnya.
Jadi mereka membuat solusi menggunakan deposisi laser pulsa untuk meletakkan interlayer tipis di antara keduanya. Menurut abstrak kertas, "Kami menyimpan film interlayer tipis padat bahan katoda ke permukaan elektrolit untuk mengurangi resistansi kontak, pendekatan yang dimungkinkan oleh permeabilitas proton PBSCF."
Meskipun memperbaiki memperbaiki migrasi ion, namun, biayanya adalah kerugian untuk meningkatkan pembuatan sel bahan bakar. Menurut rilis, tim saat ini sedang menyelidiki ide untuk mengurangi biaya.
Makalah yang diterbitkan di Nature Energy , adalah “ Kepadatan daya dan stabilitas luar biasa pada suhu menengah dalam sel bahan bakar keramik protonik ” (DOI: 10.1038 / s41560-017-0085-9).