Das Streben nach sauberen und effizienten Energieumwandlungstechnologien hat zu erheblichen Fortschritten in der Brennstoffzellenforschung geführt. Eine an der Universität Fuzhou durchgeführte Studie veröffentlicht In Grenzen in der Energiestellt einen neuartigen Ansatz zur Verbesserung der Leistung von Direktammoniak-Protonen-Keramikbrennstoffzellen (DA-PCFCs) vor.
Durch die Einführung einer CeO2-gestützten Ni- und Ru-Katalysatorschicht konnte das Forschungsteam die elektrochemische Leistung dieser Zellen erfolgreich verbessern und stellt damit einen vielversprechenden Schritt hin zu nachhaltigeren Energielösungen dar.
Ammoniak entwickelt sich aufgrund seines hohen Wasserstoffgehalts und seiner CO2-Neutralität zu einem außergewöhnlichen Brennstoff für Festoxidbrennstoffzellen (SOFCs). Die Herausforderung, bei mittleren Temperaturen (500–600 °C) eine zufriedenstellende Leistung zu erzielen, hat jedoch seine weitverbreitete Anwendung behindert.
Die Entwicklung effizienter Katalysatoren zur Erleichterung der Ammoniakzersetzung und zur Verbesserung elektrochemischer Reaktionen ist für die Weiterentwicklung von DA-PCFCs von entscheidender Bedeutung.
Unter der Leitung von Yu Luo und Yunyun Huang konzentrierte sich das Team der Fuzhou University, des Beijing Institute of Technology und des Qingyuan Innovation Laboratory auf die Entwicklung einer CeO2-gestützten Katalysatorschicht zur Rekonstruktion der Anodenoberfläche von DA-PCFCs.
Die Studie umfasste die Herstellung einer elektrolytgestützten PCFC unter Verwendung von BaZr0,1Ce0,7Y0,2O3–δ (BZCY) als Elektrolyt und Ba0,5Sr0,5Co0,8Fe0,2O3–δ (BSCF) als Kathode.
Die Forscher untersuchten die Leistung der PCFC mit NH3 als Brennstoff in einem Betriebstemperaturbereich von 500–700 °C und verglichen sie mit dem herkömmlichen Wasserstoffbrennstoff.
Die Einführung der M(Ni,Ru)/CeO2-Katalysatorschicht führte zu einer deutlichen Verbesserung der elektrochemischen Leistung der DA-PCFC. Im Vergleich zu H2 als Brennstoff verringerte sich das Abbauverhältnis der Spitzenleistungsdichten (PPDs) von mit NH3 betriebenen Ni/CeO2-beladenen PCFC bei 700–500 °C, mit einem Rückgang auf 13,3 % bei 700 °C und 30,7 % bei 500 °C C.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Katalysatoren auf Ru-Basis für Direktammoniak-SOFCs (DA-SOFCs) bei Betriebstemperaturen unter 600 °C vielversprechender sind. Allerdings verliert der Verstärkungseffekt oberhalb von 600 °C im Vergleich zu Katalysatoren auf Ni-Basis an Bedeutung.
Diese Studie leistet einen bedeutenden Beitrag zum Bereich der Brennstoffzellentechnologie, indem sie das Potenzial von CeO2-gestützten Katalysatoren zur Leistungssteigerung von DA-PCFCs demonstriert. Die verbesserte elektrochemische Leistung und die verringerten Abbauraten bei verschiedenen Temperaturen bieten einen gangbaren Weg zu effizienteren und nachhaltigeren Energieumwandlungssystemen.
Die Forschung befasst sich nicht nur mit den technischen Herausforderungen, die mit Ammoniak-Brennstoffzellen verbunden sind, sondern ebnet auch den Weg für die weitere Entwicklung und Kommerzialisierung dieser umweltfreundlichen Energietechnologien.
Weitere Informationen:
Xiaoxiao Li et al., Leistungsverbesserte protonische Keramikbrennstoffzellen mit direktem Ammoniak unter Verwendung einer CeO2-gestützten Ni- und Ru-Katalysatorschicht, Grenzen in der Energie (2024). DOI: 10.1007/s11708-024-0959-z
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