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 Move over, Superman! NIST method sees through concrete to detect early-stage corrosion
27.04.2017 | National Institute of Standards and Technology (NIST)

nachricht Control of molecular motion by metal-plated 3-D printed plastic pieces
27.04.2017 | Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

All articles from Materials Sciences >>>

The most recent press releases about innovation >>>

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

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

Ballungsräume Europas

26.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

VLC 200 GT von EMAG: Neue passgenaue Dreh-Schleif-Lösung für die Bearbeitung von Pkw-Getrieberädern

27.04.2017 | Maschinenbau

Induktive Lötprozesse von eldec: Schneller, präziser und sparsamer verlöten

27.04.2017 | Maschinenbau

Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

27.04.2017 | Informationstechnologie