Istraživači razvijaju prvu gorivnu ćeliju na svijetu od nehrđajućeg čelika, sposobnu da napaja pametne telefone sedmicu dana i produži vrijeme leta dronom za više od jednog sata

Tokom protekle decenije, mobilna tehnologija je brzo napredovala. Pametni telefoni, pametni satovi, kamere i dronovi postali su inteligentniji i moćniji nego ikada prije.

Međutim, razvoj ovih tehnologija uvijek se suočavao s jednim velikim izazovom: snabdijevanjem energijom.

Uz inovativne primjene čeličnih materijala, ovo ograničenje bi uskoro moglo biti prevaziđeno, stvarajući novu generaciju energetskih rješenja za buduće elektronske uređaje.

Dulje-Tehnologija dugotrajne baterije

Istraživači na Univerzitetu nauke i tehnologije Pohang u Južnoj Koreji, predvođeni profesorom Gyeong Man Choijem i doktorskim istraživačem Kun Joong Kimom, razvili su novu vrstu gorivne ćelije kombiniranjem poroznog nehrđajućeg čelika s tankoslojnim-elektrolitima i elektrodama minimalnog termičkog kapaciteta.

Novi dizajn nudi bolju izdržljivost i duži vijek trajanja u poređenju sa tradicionalnim litijum{0}}jonskim baterijama.

Goriva ćelija može napajati pametni telefon nedelju dana nakon jednog punjenja.

Istraživači su razvili minijaturnu gorivnu ćeliju od čvrstog oksida (SOFC) koja može pružiti dovoljno energije za rad pametnih telefona otprilike jednu sedmicu i dronova više od jednog sata.

Također su predložili da bi se na osnovu svojih strukturnih prednosti ova tehnologija potencijalno mogla razviti u veće i pristupačnije gorivne ćelije za sljedeću-generaciju automobilskih energetskih sistema.

Koristeći oksidni elektrolit, gorivna ćelija prenosi ione kisika na elektrodu goriva, pretvarajući vodik u električnu energiju.

Tradicionalne minijaturne gorive ćelije od čvrstog oksida često koriste silicij kao potporni materijal. Međutim, termička neusklađenost između silicijumskih i elektrolitnih materijala može dovesti do brze degradacije tokom rada.

Jezgro od nerđajućeg čelika

Da bi prevazišao ova ograničenja, profesor Choi je odabrao dizajn zasnovan na poroznom nerđajućem čeliku.

U poređenju sa strukturama na bazi silikona{0}}, dizajn od nehrđajućeg čelika je poboljšao performanse i izdržljivost gorivnih ćelija.

Prema profesoru Choiju i njegovom istraživačkom timu, nehrđajući čelik je odabran zbog odlične termodinamičke stabilnosti, mehaničke čvrstoće i otpornosti na oksidacijske i redukcijske reakcije.

Za napredne energetske uređaje kao što su mikro-SOFC sistemi, odabir materijala je kritičan. Proizvodi od nerđajućeg čelika kao što je ploča od nerđajućeg čelika 304 se široko koriste u preciznim aplikacijama zbog svoje uravnotežene otpornosti na koroziju, mehaničkih svojstava i proizvodnih performansi.

U međuvremenu, ploča od nerđajućeg čelika 316 pruža poboljšanu otpornost na koroziju zbog svog sadržaja molibdena, što je čini pogodnom za zahtjevnija okruženja gdje je potrebna stabilnost materijala.

Napredna proizvodnja nehrđajućeg čelika za energetske primjene

Minijaturna gorivna ćelija proizvedena je postupkom livenja trake i laminacije (TCL), tehnikom slična 3D štampi koja omogućava preciznu proizvodnju tankoslojnih-struktura.

Upotreba lima od nerđajućeg čelika omogućava inženjerima da razviju lagane i visoko precizne komponente uz zadržavanje čvrstoće strukture.

Za energetske tehnologije sljedeće{0}}generacije, proizvođači sve više zahtijevaju materijale koji kombinuju:

• Visoka čvrstoća
• Termička stabilnost
• Otpornost na koroziju
• Precizna kontrola dimenzija

Ovi zahtjevi čine nehrđajući čelik važnim izborom materijala za napredne elektronske i{0}}aplikacije povezane s energijom.

Budućnost prenosive energije

Istraživanje, objavljeno u Scientific Reports, pokazalo je da tanko{0}}film-dizajnirane minijaturne gorivne ćelije čvrstog oksida (mikro{2}}SOFC) mogu postići veću specifičnu energiju i gustinu energije.

Ako se uspješno komercijalizira, ova tehnologija bi mogla djelomično zamijeniti litijumske baterije u prijenosnim elektroničkim uređajima.

Istraživači su objasnili da je ova tehnologija baterija pogodna za prijenosnu elektroniku kojoj je potrebna velika gustina snage i brzi termalni ciklus.

Iako se očekuje da pametni telefoni, laptopovi, nosivi uređaji i dronovi budu glavne aplikacije, potencijalna upotreba seže daleko izvan potrošačke elektronike.

Buduće aplikacije mogle bi uključivati ​​ultra-lake letjelice kao što je e-Gull, pametne kuće sljedeće-generacije, pa čak i električna vozila kao što je Tesla Model 3.

Kako se energetske tehnologije nastavljaju razvijati, napredni materijali uključujući precizne komponente od nehrđajućeg čelika, limove od nehrđajućeg čelika i ploče od nehrđajućeg čelika nastavit će podržavati inovacije u gorivnim ćelijama, elektronici i čistim energetskim sistemima.