Топливный элемент с муравьиной кислотой - Formic acid fuel cell

Топливные элементы с муравьиной кислотой (топливные элементы прямого действия с муравьиной кислотой или DFAFC) являются подкатегорией топливные элементы с протонообменной мембраной где топливо, Муравьиная кислота, не подвергается риформингу, а подается непосредственно в топливный элемент. Их приложения включают в себя небольшую портативную электронику, такую ​​как телефоны и портативные компьютеры, а также более крупные стационарные источники питания и автомобили.

Преимущества

Похожий на метанол, муравьиная кислота - небольшой органическая молекула подается непосредственно в топливный элемент, устраняя необходимость в сложных каталитический риформинг. Хранить муравьиную кислоту намного проще и безопаснее, чем у водород потому что это не нужно делать при высоких давлениях и (или) низких температурах.

Муравьиная кислота в концентрации 85% легко воспламеняется, а разбавленная муравьиная кислота включена в список пищевых добавок Управления по контролю за продуктами и лекарствами США. Основная опасность муравьиной кислоты заключается в попадании на кожу или в глаза концентрированной жидкости или паров.

Муравьиная кислота не проникает через полимерную мембрану, поэтому ее эффективность может быть выше, чем у метанола.

Реакции

DFAFC превращают муравьиную кислоту и кислород в углекислый газ и воды производить энергию. Окисление муравьиной кислоты происходит в анод на слое катализатора. Образуется углекислый газ и протоны (ЧАС+) проходят через полимерную мембрану, чтобы реагировать с кислородом на слое катализатора, расположенном в катод. Электроны проходят через внешнюю цепь от анода к катоду, чтобы обеспечить питание внешнего устройства.

Анод: HCOOH → CO2 + 2 часа+ + 2 е−
Катод: 1/2 O2 + 2 часа+ + 2 е− → H2О
Чистая реакция: HCOOH + 1/2 O2 → CO2 + H2О

История

В ходе предыдущих исследований исследователи отклонили муравьиную кислоту как практическое топливо из-за высокой перенапряжение показали эксперименты: это означало, что реакция оказалась слишком сложной для практического применения. Однако в 2005 - 2006 гг. Другие исследователи (в частности, Ричард Мазел группа в Иллинойсский университет в Урбана-Шампейн ) обнаружил, что причиной низкой производительности было использование платина как катализатор, как это часто бывает в большинстве других типов топливных элементов. С помощью палладий вместо этого они утверждают, что получили лучшую производительность, чем эквивалентные топливные элементы с прямым метанолом.[1] По состоянию на апрель 2006 г. Tekion[2] владел эксклюзивной лицензией на технологию топливных элементов DFAFC с использованием мембран PEM и муравьиной кислоты от Университета Иллинойса в Урбана-Шампейн и с инвестициями от Motorola,[3] был партнером BASF к концу 2007 года разработать и изготовить силовые агрегаты,[4] но разработка, похоже, застопорилась, и почти вся информация была удалена с веб-сайта Tekion до 24 апреля 2010 года.

Neah Power Systems, Inc. и Silent Falcon UAS Technologies работали вместе, чтобы интегрировать технологию топливных элементов реформатора муравьиной кислоты в беспилотную воздушную систему (UAS) Silent Falcon, также известную как «дрон».[5]

В 2018 году была опубликована работа, посвященная вопросу о необходимости высокого перенапряжения с помощью золотых одноатомных платиновых катализаторов.[6]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ С. Ха, Р. Ларсен и Р. И. Масель (2005). «Характеристика характеристик нанокатализатора Pd / C для топливных элементов прямого действия с муравьиной кислотой». Журнал источников энергии. 144: 28–34. Дои:10.1016 / j.jpowsour.2004.12.031.CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка на сайт)
  2. ^ http://www.tekion.com
  3. ^ «Motorola инвестирует в запуск топливных элементов». 66mobile.com. 2005-11-13. Получено 2014-03-12.
  4. ^ «Топливный элемент с муравьиной кислотой получает импульс». Химическая обработка. 2006-04-27. Получено 2014-03-12.
  5. ^ Выпуск журнала за ноябрь / декабрь 2014 г. Аэрокосмическое производство и дизайн, onlineamd.com[требуется полная цитата ]
  6. ^ Чжан, Пэн; Чжэн, Нанфэн; Цзян, Де-эн; Чен, Шаовей; Альмархун, Зайнаб; Алдалбахи, Али; Регье, Том; Юань, июнь; Чжао, Сяоцзин; Фунг, Виктор; Деминг, Кристофер П .; Li, Z. Y .; Дюшен, Поль Н. (1 ноября 2018 г.). «Золотые одноатомные платиновые электрокатализаторы» (PDF). Материалы Природы. 17 (11): 1033–1039. Дои:10.1038 / s41563-018-0167-5.