Новые топливные ячейки: КПД выше 50%

Топливные ячейки – очень привлекательный источник электроэнергии и тепла для отдельного дома и даже квартиры. Однако их цена пока слишком высока и не соответствует эффективности.

Ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (США) разработали компактный высокоэффективный, твердооксидный топливный элемент, который может решить эту проблему. Новая топливная ячейка использует микроканальную технологию с оригинальным процессом внешнего парового риформинга. Новое устройство имеет рекордную эффективность, достигающую 57%. Это значительно выше 30-50 % эффективности других твердооксидных топливных элементов. Относительно недорогая топливная ячейка сможет обеспечить энергией индивидуальные дома и целые жилые кварталы.

Оригинальный компактный источник питания в качестве топлива использует доступный природный газ и вырабатывает от 1 до 100 киловатт энергии. До сих пор перспективные твердооксидные топливные элементы применялись лишь в крупных генераторах мощностью от 1 МВт и не подходили для домашнего использования.

Прототип нового генератора вырабатывает около 2 кВт электроэнергии – типичное потребление жилого дома американской семьи. При этом мощность может быть увеличена до 250 кВт, чего достаточно для электроснабжения 100 домов.

Преимуществом твердооксидных топливных элементов (SOFC) является возможность работы при высоких (более 1000 градусов по Цельсию) температурах и использование различного топлива, включая природный газ, биогаз, водород, дизельное топливо, бензин и т.д. Каждая топливная ячейка состоит из керамических материалов, которые образуют три слоя: анод, катод и электролит. В процессе парового риформинга нагретая до высоких температур смесь пара с топливом приводит к образованию окиси углерода и водорода, который вступает в реакцию с кислородом на аноде ячейки. Эта реакция вырабатывает электроэнергию, а также побочные продукты: пар и углекислый газ. Внешний паровой риформинг требует дополнительное устройство — теплообменник, который позволяет повторно использовать пар и нагревать топливо до необходимой температуры. Микроканальная технология в свою очередь позволяет избавиться от насосов высокого давления.

В ближайшее время ученые планируют довести КПД своей опытной энергоустановки до 60%.