Silicijum, spoj sastavljen od silicija i kiseonika, uobičajen je i svestran materijal koji je pronašao put u različitim industrijama. Od proizvodnje gume do elektronike, jedinstvena svojstva silicijum dioksida čine ga neprocjenjivom komponentom. Kao dobavljač silicijum dioksida, video sam iz prve ruke kako se ovaj materijal koristi u različitim primenama. Danas želim da zaronim u jednu od najsavremenijih upotreba silicijum dioksida: u gorivnim ćelijama.
Razumijevanje gorivih ćelija
Prije nego što uđemo u to kako se silicijum uklapa u sliku, hajde da brzo prođemo kroz ono što su gorive ćelije. Gorivne ćelije su uređaji koji pretvaraju kemijsku energiju iz goriva (obično vodonika) i oksidacijskog sredstva (obično kisika) u električnu energiju kroz par redoks reakcija. Oni su kao baterije, ali se ne isprazne sve dok su gorivo i kiseonik opskrbljeni. Oni su super efikasni i proizvode malo ili nimalo zagađivanja, zbog čega se istražuju kao čist izvor energije za automobile, kuće, pa čak i prijenosnu elektroniku.
Silicijum u gorivim ćelijama membrane za protonsku izmjenu (PEMFC)
Jedan od najčešćih tipova gorivnih ćelija je gorivna ćelija sa protonskom izmjenom membrane (PEMFC). Ove gorivne ćelije rade na relativno niskim temperaturama, obično između 60 - 80°C, i popularne su za primjene kao što su električna vozila.
Upravljanje vlažnošću
Silicijum igra ključnu ulogu u PEMFC-ima kada je u pitanju upravljanje vlažnošću. Membrana za izmjenu protona u ovim gorivnim ćelijama mora biti hidratizirana kako bi se protoni efikasno provodili. Ako se membrana osuši, performanse gorivne ćelije značajno opadaju. Silicijum ima odlična svojstva upijanja vode. Može djelovati kao rezervoar vlage unutar gorivne ćelije. Kada je vlažnost u okruženju gorivih ćelija visoka, silicijum apsorbuje višak vode. Kada vlažnost opadne, ispušta uskladištenu vodu, pomažući održavanju membrane na optimalnom nivou hidratacije. Ova dosljedna kontrola vlažnosti osigurava stabilan i efikasan rad PEMFC-a.
Podrška za katalizator
U PEMFC-ima, katalizatori se koriste za ubrzavanje kemijskih reakcija na anodi i katodi. Platina je uobičajeni katalizator, ali je skup. Silicijum se može koristiti kao potporni materijal za ove katalizatore. Velika površina silicijum dioksida pruža veliku platformu za prianjanje čestica katalizatora. Ovo ne samo da povećava efektivnu površinu katalizatora, povećavajući njegovu aktivnost, već i pomaže da se čestice katalizatora ravnomjerno rasprše. Kao rezultat toga, manje platine se može koristiti uz zadržavanje visokih katalitičkih performansi, što može značajno smanjiti cijenu gorivne ćelije.
Silicijum u čvrstim oksidnim gorivim ćelijama (SOFC)
Ćelije sa čvrstim oksidom (SOFC) rade na mnogo višim temperaturama, obično između 600 - 1000°C. Poznati su po svojoj visokoj efikasnosti i sposobnosti da koriste različita goriva, uključujući prirodni gas i biogas.
Materijal zaptivača
Jedan od izazova u SOFC-ima je stvaranje dobre brtve između različitih komponenti kako bi se spriječilo curenje plina. Materijali na bazi silicijuma često se koriste kao zaptivači. Silicijum se može formulisati u staklokeramički materijal koji ima odlična svojstva brtvljenja na visokim temperaturama. Može izdržati termičke cikluse do kojih dolazi tokom pokretanja i isključivanja gorivne ćelije bez gubitka integriteta zaptivanja. Ovo je ključno za održavanje efikasnosti i sigurnosti SOFC-a.
Aditiv za elektrolit
Elektrolit u SOFC-u je odgovoran za provođenje kisikovih jona od katode do anode. Dodavanje silicijum dioksida u elektrolit može poboljšati njegovu ionsku provodljivost. Silicijum dioksid može modificirati kristalnu strukturu materijala elektrolita, stvarajući više puteva za kretanje iona kisika. Ovo rezultira boljim ukupnim performansama SOFC-a, omogućavajući mu da proizvede više električne energije na datoj temperaturi.
Druge primjene silicijum dioksida u gorivim ćelijama
Slojevi za difuziju gasa
U gorivim ćelijama, slojevi za difuziju plina se koriste za ravnomjernu distribuciju goriva i oksidansa po elektrodama. Silicijum se može ugraditi u ove slojeve kako bi se poboljšala njihova hidrofobnost. Hidrofobni difuzioni sloj gasa pomaže u sprečavanju nakupljanja vode na površini, što može blokirati protok gasa i smanjiti performanse gorivne ćelije. Dodavanjem silicijum dioksida, sloj za difuziju gasa može održati dobar balans između propusnosti gasa i upravljanja vodom.
Toplotna izolacija
Gorivne ćelije stvaraju toplotu tokom rada i važno je pravilno upravljati tom toplotom. Silicijum ima dobra svojstva toplotne izolacije. Može se koristiti kao izolacijski materijal oko gorive ćelije kako bi se spriječio gubitak topline u okoliš. Ovo ne samo da poboljšava ukupnu efikasnost gorivne ćelije smanjenjem rasipanja energije, već i pomaže u održavanju stabilne radne temperature.
Naši proizvodi od silicijum dioksida za gorivne ćelije
Kao dobavljač silicijevog dioksida, nudimo niz visokokvalitetnih proizvoda od silicijum dioksida koji su pogodni za primjenu u gorivnim ćelijama. Naši materijali od silicijum dioksida pažljivo su konstruisani da imaju odgovarajuću veličinu čestica, površinu i hemijska svojstva kako bi zadovoljili specifične zahteve različitih tipova gorivih ćelija. Bilo da radite na PEMFC ili SOFC, naši proizvodi od silicijum dioksida mogu vam pomoći da poboljšate performanse i pouzdanost vaših gorivnih ćelija.
Ako ste zainteresirani za druge primjene silicijum dioksida, možete pogledati naše ostale proizvode:Silicijum za mašinske gumene kaiševe,Precipitirani silicijum u proizvodnji guma, iHidrirani silicijum u prahu za pjenastu silikonsku gumu.
Hajde da razgovaramo
Ako ste u industriji gorivnih ćelija i tražite pouzdanog dobavljača silicijum dioksida, volio bih čuti od vas. Bilo da su vam potrebni uzorci za testiranje u vašem istraživanju ili ste spremni za narudžbu velikih razmjera, mi smo tu da vas podržimo. Kontaktirajte nas kako biste započeli razgovor o tome kako se naši proizvodi od silicijum dioksida mogu uklopiti u vaš proces proizvodnje gorivnih ćelija.
Reference
- "Objašnjeni sistemi gorivih ćelija" James Larminie i Andrew Dicks
- Journal of Power Sources - razni članci o materijalima i performansama gorivnih ćelija
- Zbornik radova Međunarodnog simpozijuma o gorivim ćelijama za transport