Новый гибридный топливный элемент вырабатывает электричество непосредственно из биомассы

Несмотря на то, что низкотемпературные топливные элементы, работающие на метаноле или водороде, уже хорошо изучены, существующие технологии не позволяют этим источникам питания напрямую использовать биомассу в качестве топлива из-за отсутствия эффективного катализатора для полимерных материалов.

Но недавно исследователи из Технологического института Джорджии разработали новый тип низкотемпературного топливного элемента, в котором биомасса непосредственно преобразуется в электроэнергию с помощью катализатора, приводимого в действие солнечной и тепловой энергией. Дополнительным преимуществом нового гибридного источника питания является возможность использования широкий спектр сырья для биомассы, в том числе крахмал, целлюлоза, лигнин и даже просо, порошкообразное древесное волокно, водоросли и отходов от обработки домашней птицы. Биомасса может представлять собой как жидкую смесь, так и растворенные в жидкости органические материалы.

Новое устройство, разработанное исследователями, может быть использовано как в небольших источниках электроэнергии, например, для домохозяйств в развивающихся странах, так и в более крупных объектах – там, где доступно большое количество биомассы.

Основная проблема топливных элементов заключается в том, что углерод-углеродные связи в биомассе не разбиваются обычными катализаторами, даже на основе дорогих драгоценных металлов. Для преодоления этой проблемы были разработаны микробные топливные элементы, в которых микробы или ферменты расщепляют биомассу. Но этот процесс имеет много недостатков, в том числе избирательность клеток в отношении типа биомассы и т.д.

Ученые из Джорджии решили эту проблему путем подключения внешнего источника энергии для активации окислительно-восстановительной реакции в топливном элементе.

В новом элементе биомассу измельчают и смешивают с катализатором полиоксометалатом (ПОМ) в растворе и затем выставляют на солнце. Фотохимический и термохимический катализатор ПOM действует и как окислитель, и как носитель заряда. ПОМ окисляет биомассу под действием УФ-лучей или тепловой радиации и доставляет электроны от биомассы к аноду топливного элемента. Затем электроны через внешнюю цепь перемещаются к катоду для производства электричества.

По результатам тестов нового гибридного топливного элемента ученые сообщили о достижении максимальной удельной мощности в 0,72 мВт на см2 – это почти в 100 раз больше, чем удельная мощность самых эффективных микробных топливных элементов на основе целлюлозы.