Le celle a combustibile protoniche in ceramica potrebbero un giorno essere utilizzate per alimentare cabine fuori rete in luoghi remoti, generatori di backup durante i disastri naturali e altro ancora.

Nel primo studio a lungo termine del suo genere, i ricercatori della Colorado School of Mines hanno dimostrato che la classe relativamente nuova di celle a combustibile mostra sia la durata a lungo termine che la flessibilità del combustibile necessarie per diventare una valida alternativa commerciale ad altre tecnologie di celle a combustibile esistenti.

In tutto, ricercatori hanno testato 11 combustibili diversi:idrogeno, metano, gas naturale domestico (con e senza idrogeno solforato), propano, n-butano, i-butano, isoottano, metanolo, etanolo e ammoniaca - dimostrando prestazioni eccellenti e una durata eccezionale con tutti i tipi di carburante per migliaia di ore di funzionamento. Le loro scoperte, "Altamente resistente, tollerante al coke e allo zolfo, celle a combustibile ceramiche protoniche flessibili a combustibile, " sono stati pubblicati oggi dalla rivista Natura .

"Le celle a combustibile protoniche ceramiche (PCFC) sono molto flessibili dal punto di vista dei combustibili. Possiamo dar loro da mangiare tutti i tipi di diversi combustibili del mondo reale e produrre elettricità, " ha detto Ryan O'Hayre, professore di ingegneria metallurgica e dei materiali e co-autore principale del documento con Mines Ph.D. candidato Chuancheng Duan. "È molto diverso dalle altre celle a combustibile che funzionano solo con l'idrogeno. Alcune celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) ad alta temperatura funzionano anche con altri combustibili, ma sono molto pignoli:se le si alimenta con combustibili diversi dall'idrogeno, sono suscettibili di contaminazione e degrado, e le loro prestazioni diminuiscono rapidamente con il tempo. Le nostre celle a combustibile non hanno affrontato questi problemi con i test a lungo termine".

"Nessuno può ricevere facilmente l'idrogeno a casa propria, " aggiunse O'Hayre. "Ma puoi scendere lungo la strada per il 7-Eleven e prendere un serbatoio di propano."

Le ceramiche protoniche sono relativamente nuove nel mondo delle celle a combustibile, il materiale è stato scoperto in Giappone solo nel 1980. Non è stato fino alla fine degli anni '80 e all'inizio degli anni '90, anche se, che la tecnologia ha cominciato ad essere accettata, e solo negli ultimi otto anni circa, i ricercatori hanno compiuto importanti passi avanti nell'affrontare problemi di stabilità e come realizzare le membrane dense necessarie per alimentare un dispositivo, ha detto O'Hayre.

I test sulle prestazioni condotti presso le miniere sono durati 10 volte di più rispetto a qualsiasi sforzo precedente, ha detto O'Hayre. Per le prove, Duan ha progettato e costruito un sistema di test delle celle a combustibile in cui poteva testare contemporaneamente sette celle utilizzando combustibili diversi per migliaia di ore. La messa a punto ha richiesto un attento monitoraggio per la maggior parte di due anni.

"Il test più lungo è stato 8, 000 ore, che è quasi un anno intero, " Ha detto Duan. "Il tasso di degradazione della maggior parte delle celle a combustibile era inferiore al 3 per cento per 1, 000 ore, che soddisfa i requisiti dei prodotti commerciali."

Lo sviluppo di una tecnologia di celle a combustibile altamente durevole che può utilizzare direttamente il gas naturale e gli idrocarburi è fondamentale quando si tratta di commercializzazione, ha detto Duan.

I ricercatori delle miniere stanno ora lavorando con Fuel Cell Energy, una società di celle a combustibile con sede nel Connecticut, aumentare la tecnologia su scala di laboratorio e sviluppare un prototipo pre-commerciale in grado di fornire la quantità di elettricità necessaria per alimentare un camper o una cabina remota, con il finanziamento dell'Agenzia per i progetti di ricerca avanzata del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti (ARPA-E).

"Sulla base del nostro lavoro attuale e dei risultati conseguiti, è tempo di collaborare con un partner industriale per realizzare prodotti commerciali, " ha detto Duan. "In tre anni, ci sarà uno stack PCFC a gas naturale diretto da 500 watt sviluppato sulla base della nostra tecnologia. In meno di 10 anni, ci sarà uno stack PCFC da 1 kilowatt che potrebbe fungere da alimentatore domestico, l'alimentatore di backup per uffici o stazioni base mobili."

"Questo è un eccellente esempio delle fruttuose collaborazioni tra Mines e CoorsTek, in parte catalizzate dal loro supporto principale per il nuovo CoorsTek Center for Applied Science and Engineering nel campus, " Ha detto O'Hayre. "David Hook di CoorsTek ha guidato gli studi XRD ad alta temperatura che ci hanno aiutato a comprendere meglio il comportamento ad alta temperatura della nostra membrana ceramica protonica".