Rekordowo wydajne ogniwa paliwowe, czyli jak Japończycy mogą zmienić świat
Ogniwa paliwowe to urządzenia elektrochemiczne, które przekształcają energię chemiczną paliwa w energię elektryczną poprzez reakcję utleniania. W przeciwieństwie do tradycyjnych generatorów, które spalają paliwo, ogniwa paliwowe generują prąd w sposób cichy, wydajny i bezpośredni, emitując jedynie ciepło i w niektórych przypadkach również wodę. Do działania wymagają paliwa pokroju wodoru, gazu ziemnego lub metanolu, ale ich niska powszechność w naszym otoczeniu jednoznacznie wskazuje, że trzeba jeszcze je ulepszyć i odpowiednio skomercjalizować, zanim zaczniemy budować na nich przyszłość.
Czytaj też: Koniec z akumulatorami w garażach i piwnicach. Pokazali przyszłość magazynowania prądu
Tak się akurat składa, że naukowcy z Instytutu Naukowego w Tokio opracowali nowatorski materiał zawierający rubid (Rb), który może znacząco poprawić wydajność i opłacalność stałotlenkowych ogniw paliwowych (SOFC). Ten przełom technologiczny może przyspieszyć wdrażanie czystych źródeł energii w różnych sektorach gospodarki i to z wykorzystaniem wszechstronnego ogniwa, bo w przeciwieństwie do innych ogniw paliwowych, które wymagają czystego wodoru, SOFC mogą wykorzystywać różne paliwa, a w tym gaz ziemny i biogaz, co zapewnia większą elastyczność w przejściu na gospodarkę wodorową. Jednak ich szerokie zastosowanie było dotąd ograniczone przez wysokie koszty produkcji, ograniczoną trwałość i konieczność pracy w wysokich temperaturach, bo zwykle pomiędzy 800 a 1000°C.
Czytaj też: Przestań się bać. Sprawdzili, jak to jest z akumulatorami w samochodach elektrycznych
Zespół badawczy pod kierownictwem profesora Masatomo Yashimy skupił się na znalezieniu materiałów, które umożliwiają szybszy transport jonów tlenkowych (O²⁻) w ogniwie paliwowym, a więc kluczowego czynnika wpływającego na jego wydajność. Rubid okazał się wyjątkowo obiecujący ze względu na swój duży rozmiar atomowy, który zapewnia większą przestrzeń dla swobodnego przemieszczania się jonów tlenu oraz niską energię aktywacji, co oznacza, że jony mogą poruszać się przy mniejszym nakładzie energii, zwiększając przewodnictwo materiału.
Czytaj też: Wzięli akumulatory na terapie. Chiny nie oszalały, a jedynie chcą rewolucji
Po przetestowaniu 475 związków rubidu, naukowcy zidentyfikowali Rb₅BiMo₄O₁₆ jako najbardziej obiecujący materiał. Ten w badaniach laboratoryjnych wykazał przewodnictwo jonowe na poziomie 0,14 mS/cm w temperaturze 300°C, co jest 29 razy większą wartością niż w przypadku powszechnie stosowanego stabilizowanego itrem tlenku cyrkonu (YSZ) w tej samej temperaturze. Tak wysoka przewodność jonowa przy niższych temperaturach może umożliwić efektywną pracę SOFC w łagodniejszych warunkach, rozwiązując dotychczasowe ograniczenia technologiczne. Stojący za tym odkryciem profesor podkreśla, że samo odkrycie tlenków zawierających rubid, charakteryzujących się wysoką przewodnością i stabilnością, może otworzyć drogę do rozwoju nowoczesnych przewodników jonowych. To z kolei może przyczynić się do opracowania wydajniejszych ogniw paliwowych, czujników gazowych i katalizatorów, wspierając globalną transformację energetyczną w kierunku bardziej zrównoważonych rozwiązań.