Силицият, съединение, съставено от силиций и кислород, е често срещан и универсален материал, който е намерил своето място в различни индустрии. От производството на каучук до електрониката, уникалните свойства на силициевия диоксид го правят безценен компонент. Като доставчик на силициев диоксид съм виждал от първа ръка как този материал се използва в различни приложения. Днес искам да се потопя в едно от най-модерните приложения на силициев диоксид: в горивните клетки.
Разбиране на горивните клетки
Преди да разберем как силициевият диоксид се вписва в картината, нека бързо да разгледаме какво представляват горивните клетки. Горивните клетки са устройства, които преобразуват химическата енергия от гориво (обикновено водород) и окислител (обикновено кислород) в електричество чрез двойка редокс реакции. Те са нещо като батерии, но не се изтощават, докато има гориво и кислород. Те са супер ефективни и произвеждат малко или никакво замърсяване, поради което се изследват като източник на чиста енергия за автомобили, домове и дори преносима електроника.
Силициев диоксид в горивни клетки с протонна обменна мембрана (PEMFC)
Един от най-често срещаните видове горивни клетки е горивната клетка с протонна обменна мембрана (PEMFC). Тези горивни клетки работят при относително ниски температури, обикновено между 60 - 80°C, и са популярни за приложения като електрически превозни средства.
Управление на влажността
Силициевият диоксид играе решаваща роля в PEMFC, когато става въпрос за управление на влажността. Протонообменната мембрана в тези горивни клетки трябва да бъде хидратирана, за да провежда ефективно протоните. Ако мембраната изсъхне, производителността на горивната клетка намалява значително. Силицият има отлични водоабсорбиращи свойства. Може да действа като резервоар за влага в горивната клетка. Когато влажността в средата на горивните клетки е висока, силициевият диоксид абсорбира излишната вода. Когато влажността падне, тя освобождава съхранената вода, като помага за поддържане на мембраната на оптимално ниво на хидратация. Този постоянен контрол на влажността осигурява стабилна и ефективна работа на PEMFC.
Поддръжка на катализатора
В PEMFC катализаторите се използват за ускоряване на химичните реакции на анода и катода. Платината е често използван катализатор, но е скъп. Силициевият диоксид може да се използва като поддържащ материал за тези катализатори. Високата повърхност на силициевия диоксид осигурява голяма платформа за прилепване на частиците на катализатора. Това не само увеличава ефективната повърхност на катализатора, повишавайки неговата активност, но също така помага за равномерното разпръскване на частиците на катализатора. В резултат на това може да се използва по-малко платина, като същевременно се поддържа висока каталитична производителност, което може значително да намали цената на горивната клетка.
Силициев диоксид в горивни клетки с твърд оксид (SOFC)
Горивните клетки с твърд оксид (SOFC) работят при много по-високи температури, обикновено между 600 - 1000°C. Те са известни със своята висока ефективност и способност да използват различни горива, включително природен газ и биогаз.
Уплътнителен материал
Едно от предизвикателствата при SOFC е създаването на добро уплътнение между различните компоненти, за да се предотврати изтичане на газ. Материалите на основата на силициев диоксид често се използват като уплътнители. Силициевият диоксид може да бъде формулиран в стъклокерамичен материал, който има отлични свойства на уплътняване при високи температури. Тя може да издържи на термичните цикли, които възникват по време на пускане и спиране на горивната клетка, без да губи целостта на уплътнението. Това е от решаващо значение за поддържане на ефективността и безопасността на SOFC.
Електролитна добавка
Електролитът в SOFC е отговорен за провеждането на кислородни йони от катода към анода. Добавянето на силициев диоксид към електролита може да подобри неговата йонна проводимост. Силициевият диоксид може да модифицира кристалната структура на електролитния материал, създавайки повече пътища за преминаване на кислородните йони. Това води до по-добра обща производителност на SOFC, което му позволява да генерира повече електричество при дадена температура.
Други приложения на силициев диоксид в горивни клетки
Газодифузионни слоеве
В горивните клетки газодифузионните слоеве се използват за равномерно разпределяне на горивото и окислителя през електродите. Силицият може да бъде включен в тези слоеве, за да се подобри тяхната хидрофобност. Хидрофобен газодифузионен слой помага да се предотврати натрупването на вода на повърхността, което може да блокира газовия поток и да намали производителността на горивната клетка. Чрез добавяне на силициев диоксид газодифузионният слой може да поддържа добър баланс между газопропускливостта и управлението на водата.
Топлоизолация
Горивните клетки генерират топлина по време на работа и е важно тази топлина да се управлява правилно. Силицият има добри топлоизолационни свойства. Може да се използва като изолационен материал около стека на горивните клетки, за да се предотврати загубата на топлина в околната среда. Това не само подобрява цялостната ефективност на горивната клетка чрез намаляване на загубата на енергия, но също така помага да се поддържа стабилна работна температура.
Нашите силициеви продукти за горивни клетки
Като доставчик на силициев диоксид, ние предлагаме набор от висококачествени силициеви продукти, които са подходящи за приложения с горивни клетки. Нашите силициеви материали са внимателно проектирани, за да имат правилния размер на частиците, повърхностна площ и химични свойства, за да отговорят на специфичните изисквания на различните видове горивни клетки. Независимо дали работите върху PEMFC или SOFC, нашите силициеви продукти могат да ви помогнат да подобрите производителността и надеждността на вашите горивни клетки.
Ако се интересувате от други приложения на силициев диоксид, можете да разгледате другите ни продукти:Силициев диоксид за машинни гумени колани,Утаен силициев диоксид в производството на гуми, иХидратиран силициев диоксид на прах за порест силиконов каучук.
Да поговорим
Ако сте в индустрията с горивни клетки и търсите надежден доставчик на силициев диоксид, ще се радвам да чуя от вас. Независимо дали имате нужда от проби за тестване във вашето проучване или сте готови да направите мащабна поръчка, ние сме тук, за да ви подкрепим. Свържете се с нас, за да започнем разговор за това как нашите силициеви продукти могат да се впишат във вашия производствен процес на горивни клетки.
Референции
- „Обяснение на системите с горивни клетки“ от Джеймс Лармини и Андрю Дикс
- Journal of Power Sources - различни статии за материалите и производителността на горивните клетки
- Доклади от Международния симпозиум за горивни клетки за транспорт