Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Methane-powered laptops may be closer than you think

24.11.2010
Materials scientists unveil tiny, low-temperature methane fuel cells
Making fuel cells practical and affordable will not happen overnight. It may, however, not take much longer.

With advances in nanostructured devices, lower operating temperatures, and the use of an abundant fuel source and cheaper materials, a group of researchers led by Shriram Ramanathan at the Harvard School of Engineering and Applied Sciences (SEAS) are increasingly optimistic about the commercial viability of the technology.

Ramanathan, an expert and innovator in the development of solid-oxide fuel cells (SOFCs), says they may, in fact, soon become the go-to technology for those on the go.

Electrochemical fuel cells have long been viewed as a potential eco-friendly alternative to fossil fuels—especially as most SOFCs leave behind little more than water as waste.

The obstacles to using SOFCs to charge laptops and phones or drive the next generation of cars and trucks have remained reliability, temperature, and cost.

Fuel cells operate by converting chemical energy (from hydrogen or a hydrocarbon fuel such as methane) into an electric current. Oxygen ions travel from the cathode through the electrolyte toward the anode, where they oxidize the fuel to produce a current of electrons back toward the cathode.

That may seem simple enough in principle, but until now, SOFCs have been more suited for the laboratory rather than the office or garage. In two studies appearing in the Journal of Power Sources this month, Ramanathan's team reported several critical advances in SOFC technology that may quicken their pace to market.

In the first paper, Ramanathan's group demonstrated stable and functional all-ceramic thin-film SOFCs that do not contain any platinum.

In thin-film SOFCs, the electrolyte is reduced to a hundredth or even a thousandth of its usual scale, using densely packed layers of special ceramic films, each just nanometers in thickness. These micro-SOFCs usually incorporate platinum electrodes, but they can be expensive and unreliable.

"If you use porous metal electrodes," explains Ramanathan, "they tend to be inherently unstable over long periods of time. They start to agglomerate and create open circuits in the fuel cells."

Ramanathan's platinum-free micro-SOFC eliminates this problem, resulting in a win-win: lower cost and higher reliability.

In a second paper published this month, the team demonstrated a methane-fueled micro-SOFC operating at less than 500° Celsius, a feat that is relatively rare in the field.

Traditional SOFCs have been operating at about 800�°C, but such high temperatures are only practical for stationary power generation. In short, using them to power up a smartphone mid-commute is not feasible.

In recent years, materials scientists have been working to reduce the required operating temperature to about 300�°C, a range Ramanathan calls the "sweet spot."

Moreover, when fuel cells operate at lower temperatures, material reliability is less critical—allowing, for example, the use of less expensive ceramics and metallic interconnects—and the start-up time can be shorter.

"Low temperature is a holy grail in this field," says Ramanathan. "If you can realize high-performance solid-oxide fuel cells that operate in the 300�°C range, you can use them in transportation vehicles and portable electronics, and with different types of fuels."

The use of methane, an abundant and cheap natural gas, in the team's SOFC was also of note. Until recently, hydrogen has been the primary fuel for SOFCs. Pure hydrogen, however, requires a greater amount of processing.

"It's expensive to make pure hydrogen," says Ramanathan, "and that severely limits the range of applications."

As methane begins to take over as the fuel of choice, the advances in temperature, reliability, and affordability should continue to reinforce each other.

"Future research at SEAS will explore new types of catalysts for methane SOFCs, with the goal of identifying affordable, earth-abundant materials that can help lower the operating temperature even further," adds Ramanathan.

Fuel cell research at SEAS is funded by the same NSF grant that enabled the "Robobees" project led by Robert J. Wood, Assistant Professor of Electrical Engineering. Wood and Ramanathan hope that micro-SOFCs will provide the tiny power source necessary to get the flying robots off the ground.

Ramanathan's co-authors on the papers were Bo Kuai Lai, a Research Associate at SEAS, and Ph.D. candidate Kian Kerman '14.

Caroline Perry | EurekAlert!
Further information:
http://www.harvard.edu

More articles from Materials Sciences:

nachricht A new vortex identification method for 3-D complex flow
04.05.2016 | Science China Press

nachricht Preventing another Flint, Mich.; new research could lead to more corrosion-resistant water pipes
04.05.2016 | Binghamton University

All articles from Materials Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Experiment im schwebenden Tropfen

Der genaue Aufbau von Proteinen standardmässig mittels Röntgenstrahlung entschlüsselt. Die beiden Wissenschaftler Soichiro Tsujino und Takashi Tomizaki am Paul Scherrer Institut PSI haben diese Methode nun trickreich weiterentwickelt: Sie haben erfolgreich die Struktur eines Proteins bestimmt, das sich in einem frei in der Luft schwebenden Flüssigkeitstropfen befand. Den Tropfen hielten sie mittels Ultraschall in der Luft. Mit diesem Kniff gelang ihnen die Strukturanalyse bei Raumtemperatur und damit sehr nahe an den natürlichen Bedingungen im Organismus. Ihre Studie haben Soichiro Tsujino und Takashi Tomizaki nun in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Eine ungewöhnliche Trägersubstanz haben sich zwei Wissenschaftler am Paul Scherrer Institut PSI ausgesucht, um ein Protein zu untersuchen: einen frei...

Im Focus: Sei mit STARS4ALL dabei, wenn Merkur vor die Sonne wandert

2012 war es die Venus, in diesem Jahr ist der Planet Merkur dran, vor der Sonne zu passieren. Für fast acht Stunden werden wir am 9. Mai 2016 die Möglichkeit haben, den Planeten Merkur als kleinen schwarzen Punkt auf der Oberfläche der Sonne durchziehen zu sehen. Das EU-Projekt STARS4ALL, an dem auch das IGB beteiligt ist, wird in Zusammenarbeit mit www.sky-live.tv das Phänomen von Teneriffa und von Island aus live übertragen. STARS4ALL bietet dazu Bildungsmaterial für Schüler an.

Am 9. Mai 2016, um die Mittagszeit, wird der Planet Merkur anfangen, die Scheibe der Sonne zu kreuzen; eine Reise, welche über sieben Stunden dauern wird.

Im Focus: MICROSCOPE sendet

Am Montag, 2. Mai 2016, erreichte die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler vom Zentrum für angewandte Raumfahrttechnologie und Mikrogravitation (ZARM) der Universität Bremen die erste Erfolgsmeldung von ihrem Forschungs-Satelliten. Per Videoübertragung waren sie zugeschaltet, als die französischen Kollegen das Experiment an Bord von MICROSCOPE (MICRO Satellite à traînée Compensée pour l'Observation du Principe d'Equivalence) initialisierten und das Messinstrument die ersten Testdaten übermittelte. Damit ist der wichtigste Meilenstein der Testphase erreicht, bevor sich herausstellt, ob Einsteins Relativitätstheorie auch nach dieser Satellitenmission noch Bestand haben wird.

“#TSAGE @onera_fr is on. The test masses have been released and servo looped!!!! Great all green“ lautet die Twitter-Nachricht der französischen Partner, die...

Im Focus: Genauester Spiegel der Welt bei European XFEL in Hamburg eingetroffen

Der vermutlich präziseste Spiegel der Welt ist bei European XFEL in der Metropolregion Hamburg eingetroffen. Der 95 Zentimeter lange Spiegel ist ein wichtiges Bauteil des Röntgenlasers, der 2017 in Betrieb gehen soll. Auf den ersten Blick sieht er einem normalen Spiegel durchaus ähnlich, ist jedoch extrem flach und glatt. Die größten Unebenheiten auf seiner Oberfläche haben eine Dimension von gerade einmal einem Nanometer, einem milliardstel Meter. Diese Präzision entspräche einer 40 Kilometer langen Straße, deren maximale Unebenheit gerade einmal so groß ist wie der Durchmesser eines Haars.

Der Röntgenspiegel ist der erste von mehreren, die an unterschiedlichen Stellen der Anlage zum Spiegeln und Filtern des Röntgenlaserstrahls eingebaut werden....

Im Focus: Erste Filmaufnahmen von Kernporen

Mithilfe eines extrem schnellen und präzisen Rasterkraftmikroskops haben Forscher der Universität Basel erstmals «lebendige» Kernporenkomplexe bei der Arbeit gefilmt. Kernporen sind molekulare Maschinen, die den Verkehr in und aus dem Zellkern kontrollieren. In ihrem kürzlich in «Nature Nanotechnology» publizierten Artikel erklären die Forscher, wie bewegliche «Tentakeln» in der Pore die Passage von unerwünschten Molekülen verhindern.

Das Rasterkraftmikroskop (AFM) ist kein Mikroskop zum Durchschauen. Es tastet wie ein Blinder mit seinen Fingern die Oberflächen mit einer extrem feinen Spitze...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Essener Explosionsschutztage am 05.-06. Oktober 2016 mit fachbegleitender Ausstellung

06.05.2016 | Veranstaltungen

Entdeckungsreise durch die Welt der Meere und Ozeane auf dem Ausstellungsschiff MS Wissenschaft

06.05.2016 | Veranstaltungen

Entscheidende Impulsgeber

06.05.2016 | Veranstaltungen

 
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Fisch Verletzungen des Auges auf zellulärer Ebene regenerieren kann

06.05.2016 | Biowissenschaften Chemie

10. Essener Explosionsschutztage am 05.-06. Oktober 2016 mit fachbegleitender Ausstellung

06.05.2016 | Veranstaltungsnachrichten

Venusfliegenfalle: Vom Opfer zum Angreifer

06.05.2016 | Biowissenschaften Chemie