Ученые из Токио разработали компактные 3D-печатные твердо-оксидные топливные элементы

Электрические автомобили на топливных элементах (FCEV) рассматриваются в качестве транспортных средств нашего будущего. Однако, как недавно продемонстрировали исследователи из японской компании FCO Power Inc., топливные элементы могут быть использованы не только в электромобилях, но и в других приложениях, например, в строительной отрасли – для отопления и энергоснабжения зданий.

Как известно, топливные элементы вырабатывают электроэнергию, используя химическую реакцию между водородом и кислородом, при этом единственным побочным продуктом реакции является водяной пар. Несмотря на всю перспективность технологии, ее нельзя назвать полностью экологически чистой, ведь водород, необходимый для химической реакции, обычно получают из ископаемого природного газа. Кроме того, стандартные топливные элементы по производительности существенно уступают солнечным панелям.

Тем не менее, эти источники электроэнергии могут найти применение в других областях. Топливный элемент, разработанный токийской компанией при поддержке одного из ведущих технических инвесторов Японии, University of Tokyo Edge Capital, относится к категории твердо-оксидных топливных элементов (ТОТЭ), у которых в качестве электролита используется твердый кремний вместо жидкости. Как утверждают разработчики, ТОТЭ имеет некоторые преимущества перед другими типами топливных элементов, однако, традиционные модели ТОТЭ достаточно громоздкие и дорогие с точки зрения как материалов, так и производства.

Компания FCO Power решила обе эти проблемы, используя для изготовления нового топливного элемента технологию 3D-печати. Другими словами, топливный элемент печатается на подложке слой за слоем, а затем все эти слои спекаются вместе. В результате один топливный элемент имеет толщину всего 0,4 мм – это примерно одна десятая часть обычного топливного элемента, плотность выходной мощности составляет 5 кВт на литр. Это лучший на сегодняшний день результат для ТОТЭ.

Новые топливные элементы могут быть легко масштабированы до нужных размеров, путем простого складывания их друг на друга. Для того, чтобы собрать 700-ваттную систему ТОТЭ для энергообеспечения типичной квартиры в Японии, компания распечатала десять 70-ваттных топливных элементов и соединила их вместе. При этом толщина полученной автономной энергосистемы составляет 3 сантиметра. Компания полагает, что такие энергоблоки могут быть разработаны в настенном или напольном варианте исполнения для использования в домах и квартирах.