Silicij, spoj sastavljen od silicija i kisika, uobičajen je i svestran materijal koji je pronašao svoj put u razne industrije. Od proizvodnje gume do elektronike, jedinstvena svojstva silicijevog dioksida čine ga neprocjenjivom komponentom. Kao dobavljač silicijevog dioksida, iz prve sam ruke vidio kako se ovaj materijal koristi u različitim primjenama. Danas želim zaroniti u jednu od najsuvremenijih upotreba silicija: u gorivim ćelijama.
Razumijevanje gorivih ćelija
Prije nego što uđemo u to kako se silicij uklapa u sliku, prođimo brzo o tome što su gorivne ćelije. Gorivne ćelije su uređaji koji pretvaraju kemijsku energiju iz goriva (obično vodika) i oksidacijskog sredstva (obično kisika) u električnu energiju kroz par redoks reakcija. Oni su poput baterija, ali se ne isprazne sve dok ima goriva i kisika. Oni su super učinkoviti i proizvode malo ili nimalo zagađenja, zbog čega se istražuju kao čisti izvor energije za automobile, domove, pa čak i prijenosnu elektroniku.
Silicij u gorivim ćelijama membrane za izmjenu protona (PEMFC)
Jedna od najčešćih vrsta gorivih ćelija je gorivna ćelija s protonskom izmjenom membrane (PEMFC). Ove gorive ćelije rade na relativno niskim temperaturama, obično između 60 - 80°C, i popularne su za primjene poput električnih vozila.
Upravljanje vlagom
Silicij ima ključnu ulogu u PEMFC-ima kada je u pitanju upravljanje vlagom. Membrana za izmjenu protona u ovim gorivim ćelijama mora biti hidratizirana kako bi učinkovito provodila protone. Ako se membrana osuši, performanse gorive ćelije značajno opadaju. Silicij ima izvrsna svojstva upijanja vode. Može djelovati kao spremnik vlage unutar gorive ćelije. Kada je vlažnost u okruženju gorivih ćelija visoka, silika apsorbira višak vode. Kada vlažnost padne, oslobađa pohranjenu vodu, pomažući održavanju membrane na optimalnoj razini hidratacije. Ova dosljedna kontrola vlažnosti osigurava stabilan i učinkovit rad PEMFC-a.
Podrška katalizatora
U PEMFC-ima, katalizatori se koriste za ubrzavanje kemijskih reakcija na anodi i katodi. Platina je često korišteni katalizator, ali je skup. Silicij se može koristiti kao materijal za podršku ovim katalizatorima. Velika površina silicijevog dioksida pruža veliku platformu za prianjanje čestica katalizatora. Ovo ne samo da povećava efektivnu površinu katalizatora, povećavajući njegovu aktivnost, već također pomaže da se čestice katalizatora ravnomjerno rasprše. Kao rezultat toga, može se koristiti manje platine uz zadržavanje visoke katalitičke učinkovitosti, što može značajno smanjiti trošak gorive ćelije.
Silicij u gorivim ćelijama s čvrstim oksidom (SOFC)
Gorivne ćelije s čvrstim oksidom (SOFC) rade na puno višim temperaturama, obično između 600 - 1000°C. Poznati su po svojoj visokoj učinkovitosti i sposobnosti korištenja različitih goriva, uključujući prirodni plin i bioplin.
Materijal za brtvljenje
Jedan od izazova kod SOFC-a je stvaranje dobrog brtvljenja između različitih komponenti kako bi se spriječilo istjecanje plina. Materijali na bazi silicija često se koriste kao brtvila. Silicij se može formulirati u staklokeramički materijal koji ima izvrsna svojstva brtvljenja na visokim temperaturama. Može izdržati toplinske cikluse koji se javljaju tijekom pokretanja i gašenja gorive ćelije bez gubitka integriteta brtvljenja. Ovo je ključno za održavanje učinkovitosti i sigurnosti SOFC-a.
Dodatak elektrolitu
Elektrolit u SOFC-u odgovoran je za provođenje iona kisika od katode do anode. Dodavanje silicijevog dioksida u elektrolit može poboljšati njegovu ionsku vodljivost. Silicij može modificirati kristalnu strukturu materijala elektrolita, stvarajući više putova za kretanje iona kisika. To rezultira boljom općom izvedbom SOFC-a, omogućujući mu da proizvede više električne energije na određenoj temperaturi.
Druge primjene silicija u gorivim ćelijama
Slojevi difuzije plina
U gorivim ćelijama, slojevi difuzije plina koriste se za ravnomjernu raspodjelu goriva i oksidansa preko elektroda. Silicij se može ugraditi u ove slojeve kako bi se poboljšala njihova hidrofobnost. Hidrofobni sloj za difuziju plina pomaže spriječiti nakupljanje vode na površini, što može blokirati protok plina i smanjiti učinkovitost gorive ćelije. Dodavanjem silicijevog dioksida sloj za difuziju plina može održati dobru ravnotežu između propusnosti plina i upravljanja vodom.
Toplinska izolacija
Gorivne ćelije stvaraju toplinu tijekom rada i važno je pravilno upravljati tom toplinom. Silika ima dobra toplinska izolacijska svojstva. Može se koristiti kao izolacijski materijal oko sklopa gorivih ćelija kako bi se spriječio gubitak topline u okoliš. Ovo ne samo da poboljšava ukupnu učinkovitost gorive ćelije smanjenjem rasipanja energije, već također pomaže u održavanju stabilne radne temperature.
Naši proizvodi od silicijevog dioksida za gorivne ćelije
Kao dobavljač silicijevog dioksida, nudimo niz visokokvalitetnih proizvoda silicijevog dioksida koji su prikladni za primjenu u gorivim ćelijama. Naši materijali od silicijevog dioksida pažljivo su projektirani kako bi imali pravu veličinu čestica, površinu i kemijska svojstva kako bi zadovoljili specifične zahtjeve različitih tipova gorivih ćelija. Bilo da radite na PEMFC-u ili SOFC-u, naši proizvodi od silicijevog dioksida mogu vam pomoći da poboljšate performanse i pouzdanost vaših gorivih ćelija.
Ako ste zainteresirani za druge primjene silicijevog dioksida, možete provjeriti naše ostale proizvode:Silika za strojne gumene remene,Precipitirani silicij u proizvodnji guma, iHidratizirani prah silicijevog dioksida za pjenastu silikonsku gumu.
Razgovarajmo
Ako ste u industriji gorivih ćelija i tražite pouzdanog dobavljača silicijevog dioksida, volio bih čuti vaše mišljenje. Bez obzira trebate li uzorke za testiranje u svom istraživanju ili ste spremni naručiti veliku količinu, tu smo da vam pružimo podršku. Kontaktirajte nas da započnemo razgovor o tome kako se naši proizvodi od silicijevog dioksida mogu uklopiti u vaš proces proizvodnje gorivih ćelija.
Reference
- "Objašnjeni sustavi gorivih ćelija" Jamesa Larminiea i Andrewa Dicksa
- Journal of Power Sources - razni članci o materijalima i performansama gorivih ćelija
- Zbornik radova međunarodnog simpozija o gorivim ćelijama za promet