02/10/2014 - Verbesserung der Konstruktion von Brennstoffzellen für den Einsatz in mobilen Geräten

Menéame

Forscher Abteilung für angewandte Chemie der UPV/EHU mögliche Lösungen zur Verbesserung der Effizienz mobiler Geräte durch die Entwicklung neuer Wege zur sauberen, sicheren und kostengünstigeren Energiegewinnung in Erwägung ziehen.

Las Brennstoffzellen sind völlig geeignete Systeme, um Handy-Batterien, Laptops und Fahrzeuge zu ersetzen. Sie machen die Energie, die aus der Kombination von Wasserstoff und Sauerstoff entsteht, mit Wasserdampf als einzigem Abfall in Elektrizität um. Das heißt, sie erzeugen Energie in der gleichen Weise wie Batterien, aber nicht verunreinigen.

Damit diese Brennstoffzellen jedoch Energie erzeugen können, müssen sie Wasserstoffversorgung Von außen, und heute gibt es Schwierigkeiten bei der sicheren Lagerung von Wasserstoff. Deshalb kann es eine gute Option sein, eine Infrastruktur zu nutzen, die Gaswasserstoff auf demselben Stapel erzeugt. In solchen Fällen wird Methanol in der Regel als Rohstoff verwendet. Und das ist, dass Methanol einer der wichtigsten Brennstoffe ist, die zur Erzeugung von Wasserstoff verwendet werden. Anstatt beispielsweise Mobiltelefone, Notebooks und Fahrzeuge mit Wasserstoff zu füttern, können sie mit Methanol versorgt werden, damit dieser Methanol entsprechend den Anforderungen des Geräts zu Wasserstoff wird. Schließlich ist der Prozess derselbe, auch wenn er in zwei Phasen durchgeführt wird.

Ein 100-mal kleinerer Mikroreaktor als ein konventioneller Reaktor

In dieser Forschungsarbeiten haben sie eine besondere Infrastruktur entwickelt: einem Reaktor, der aus Mikrokanalen besteht. Und sie haben einen Mikroreaktor hundertmal kleiner als ein konventionelles Reaktorsystem entwickelt. Die Größe des Reaktors ist für all diese mobilen Geräte sehr wichtig. "Es ist keine leichte Aufgabe, einen Mikrokanalreaktor zu entwickeln," erklärte Oihane Sanz, Forscherin der Abteilung für angewandte Chemie der UPV/EHU. "Die Wahl der Materialien, die Mechanisierung der Mikrokanalsysteme, die Systemmontage und die katalytische Beschichtung sind unbedingt erforderlich."

Sie haben festgestellt, dass diese Mikrokanal-Verbindungsreaktoren zur Verbesserung des Wärmetransfers beitragen, um Methanol in Wasserstoff umzuwandeln. Dadurch wird die Reaktionstemperatur ordnungsgemäß kontrolliert, und die Hotpoints, an denen Kohlenmonoxid (CO) entsteht, werden daher minimiert. Und wenn neben dem Wasserstoff CO erzeugt wird, kann es den Brennstoffstapel verunreinigen. Als Folge dieser Verschmutzung funktioniert der Stapel nicht richtig, und daher wird die Energieerzeugung gestoppt.

Der Mikroreaktor wurde in der Abteilung für angewandte Chemie der Fakultät für Chemie der UPV/EHU (San Sebastian) entwickelt.

Ein stabiler Katalysator

Ebenso sind die Wahl eines Katalysators und die Anwendung eines geeigneten Platzierungsverfahrens unabdingbare Voraussetzungen für eine effiziente Reaktion. "Eine der größten Schwierigkeiten dieser Mikrokanalreaktoren besteht darin, den Katalysator in diese kleinen Kanäle einzuführen. Deshalb ist es das Ziel dieser Forschungsarbeit, einen stabilen Katalysator zu entwickeln und ihn so gut wie möglich in das System zu installieren," erklärt Sanz. Bei Wasserstoff-Ersatzprozessen aus Methanol werden Palladium-Katalysatoren (Pd) verwendet, und das haben die Forscher in diesem Fall auch getan. Insbesondere haben sie PdZnO verwendet. "Die Integration von Katalysatoren in Reaktoren aus Mikrokanälen verliert oft die Eigenschaften von Katalysatoren. Mit den Katalysatoren, die in dieser Studie eingesetzt werden, haben wir es jedoch nicht nur geschafft, ihre Eigenschaften zu bewahren, sondern auch den Prozess einfach durchzuführen," fügt er hinzu.

Mit einer geeigneten Infrastruktur und einem geeigneten Katalysator erzeugt der von UPV/EHU-Forschern entwickelte Mikroreaktor 30 lH2/h.g; die Umwandlung von Methanol beträgt 95% und der Kohlenmonoxid (CO) -Konvertierung von weniger als 1%. "Und es ist sehr wichtig, die Kohlenmonoxidproduktion zu kontrollieren, da sie den Brennstoffzellen verunreinigen kann," betont Sanz. "Es wurden Systeme dokumentiert, die mehr Wasserstoff produzieren (12-50 lH2/h.g), aber die Umwandlung von Methanol ist niedriger (von 80% und in einigen Fällen von 4%), und es werden auch marginale Produkte produziert," fügt Sanz hinzu. Dieses Design "ermöglicht es uns, einen saubereren, sichereren und kostengünstigeren Prozess zu entwickeln," so Sanz abschließend.

Referenzen

F.J. Echave, O. Sanz, M. Montes. “Washcoating of micro-channel reactors with PdZnO catalyst for methanol steam reforming” Applied Catalysis A: General: 159-167 (2014).

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UPV/EHU

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