Топливный элемент с прямым этанолом или DEFC относятся к категории топливный элемент, в котором этанол подается непосредственно в элемент. Они использовались в качестве модели для исследования ряда концепций топливных элементов, включая использование PEM.
DEFC использует этанол в топливном элементе вместо более токсичного метанола. Этанол - привлекательная альтернатива метанолу, потому что у него уже есть цепочка поставок. Этанол также остается более легким в использовании топливом и широко используется потребителями.
Этанол представляет собой жидкость, богатую водородом, и она имеет более высокую удельную энергию (8,0 кВтч / кг) по сравнению с метанолом (6,1 кВтч / кг). Этанол может быть получен в большом количестве из биомассы посредством процесса ферментации из возобновляемых источников, таких как сахарный тростник, пшеница, кукуруза или даже солома. Таким образом, биоэтанол (или биоэтанол) является привлекательным, поскольку выращивание культур для производства биотоплива поглощает большую часть двуокиси углерода, выбрасываемой в атмосферу из топлива, используемого для производства биотоплива, и в результате сжигания самого биотоплива. Это резко контрастирует с использованием ископаемого топлива. Использование этанола также решит проблему хранения водорода и инфраструктуры топливных элементов. В топливном элементе окисление любого топлива требует использования катализатора для достижения плотностей тока, необходимых для коммерчески жизнеспособных топливных элементов, и катализаторы на основе платины являются одними из самые эффективные материалы для окисления малых органических молекул.
DEFC, аналогично DMFC, основывается на окислении этанола на слое катализатора с образованием диоксида углерода. Вода потребляется на аноде и производится на катоде. Протоны (H) переносятся через протонообменную мембрану к катоду, где они реагируют с кислородом с образованием воды. Электроны переносятся по внешней цепи от анода к катоду, обеспечивая питание подключенных устройств.
полуреакциями являются:
Уравнение | |
---|---|
Анод | . окисление |
Катод | . восстановление |
Общая реакция | . окислительно-восстановительная реакция |
Катализаторы на основе платины дороги, поэтому практическое использование этанола в качестве топлива для топливного элемента PEM требует нового катализатора. Были разработаны новые наноструктурированные электрокатализаторы (например, HYPERMEC от ACTA SpA), которые основаны на неблагородных металлах, предпочтительно на смесях Fe, Co, Ni на аноде и только Ni, Fe или Co на катод. При использовании этанола плотности мощности до 140 мВт / см² при 0,5 В были получены при 25 ° C с самодышащими ячейками, содержащими коммерческие анионообменные мембраны. Этот катализатор не содержит драгоценных металлов. На практике крошечные металлические частицы прикрепляются к подложке таким образом, что образуют очень активный катализатор.
A полимер действует как электролит. Заряд переносится ионом водорода (протоном ). Жидкий этанол (C 2H5OH) окисляется на аноде в присутствии воды, образуя CO 2, ионы водорода и электроны. Ионы водорода проходят через электролит. Они реагируют на катоде с кислородом из воздуха и электронами из внешнего контура, образуя воду.
Топливные элементы на основе биоэтанола могут улучшить баланс между скважинами и колесами этого биотоплива из-за повышенной скорости преобразования топливного элемента по сравнению с двигателем внутреннего сгорания. Но реальные цифры могут быть достигнуты только через несколько лет, поскольку разработка топливных элементов на основе метанола и этанола отстает от топливных элементов, работающих на водороде.
13 мая 2007 года команда из Университет прикладных наук в Оффенбурге представил первый в мире автомобиль с приводом от DEFC на эко-марафоне Shell во Франции. Автомобиль «Schluckspecht» успешно прошел тест-драйв на трассе Ногаро, питаясь от стека DEFC, дающего выходное напряжение от 20 до 45 В (в зависимости от нагрузки).
Различные прототипы мобильного телефона со стеком топливных элементов с прямым этанолом были построены и испытаны зарядные устройства на напряжение от 2 В до 7 В и мощностью от 800 мВт до 2 Вт.