Amerikai és kínai kutatók közösen oldottak meg egy évtizedes műszaki problémát a hidrogén-üzemanyagcellák terén. A fejlesztés ipari léptékben is üzemeltethető, és pár éven belül jelentősen felgyorsíthatja a hidrogénalapú zöldenergia-tárolás elterjedését.
A Texasi Egyetem és a Csiangszu Egyetem kutatói áttörést értek el a szilárd oxidos üzemanyagcellák (SOFC) fejlesztésében. Ezek a rendszerek több mint 60 százalékos hatásfokkal képesek hidrogént villamos energiává alakítani, az elterjedésüket azonban eddig a 700 °C feletti üzemi hőmérséklet és az ebből fakadó gyors amortizáció akadályozta.
A hősokkos módszer
A kutatók egy hősokkos eljárással – az anyagot 1300-ról hirtelen mínusz 196 °C-ra hűtve – mindössze 0,63 nanométeres rendezetlen kerámiaklasztereket hoztak létre.
Ez az eljárás megcáfolta azt az elméletet, miszerint kizárólag a tökéletes kristályrács biztosít gyors ionmozgást: kiderült ugyanis, hogy az atomi rendetlenség egyfajta „szupersztrádát” nyit az oxigénionok számára.
Mérhető eredmények
A tesztek során az új anyagnak 400 °C alatt mintegy 1400-szor jobb volt a vezetőképessége a hagyományos kerámiákhoz képest, és mindössze 0,5 tömegszázaléknyi adalékanyaggal sikerült megtriplázni a cellák csúcsteljesítményét, sőt az eszközök stabilitása és élettartama is jelentősen nőtt a lebomlási folyamat lassulása révén. Az eredetileg a Science Advances folyóiratban publikált felfedezés azért fontos, mert
az új eljárás a meglévő SOFC-cella gyártósorokon is könnyen alkalmazható, így döntő lépést jelenthet a hidrogéngazdaság tömeges elterjedése felé.
Kínai–amerikai együttműködés
A két egyetem kutatói az idén több közös publikációt is megjelentettek SOFC-elektróda témában, ami azt jelzi, hogy
a fejlett anyagtudományi kutatás terén az exportkorlátozások és technológiai versengés ellenére megmaradt az amerikai–kínai együttműködés.
Mit jelent ez a hidrogéngazdaságnak?
A fejlesztés a hidrogéngazdaság költséghatékonyságán és a megújulóenergia-tárolás technológiai érettségén keresztül releváns a régió és Magyarország számára.
Az alacsonyabb üzemi hőmérséklet és a hosszabb élettartam ugyanis közelebb hozhatja a SOFC-rendszerek ipari méretű, versenyképes bevezetését, ami érinti az EU REPowerEU/hidrogénstratégiája 2030-as célszámait,
amelyekhez Lengyelország, Csehország és Magyarország is tetemes uniós forrásokat rendel. Az olcsóbb, skálázható technológia hosszabb távon alternatívát kínálhat az energiafüggőség csökkentésére, főként az ipari nagyfogyasztók decentralizált ellátásában, de ehhez jelentős tőkére és infrastrukturálisberuházásra van szükség, ami rövid távon aligha oldható meg.
A régiónkban a legnagyobb kockázatot a technológia érettsége helyett a gyártási ellátási lánc jelenti: a kerámia adalékanyagok és a nanoklaszter-előállítási know-how túlnyomó része kínai kutatóintézetekhez és a jövőben kiépülő gyártókapacitásokhoz kötődik, ez pedig stratégiai függőségi kérdéseket vet fel az EU technológiai szuverenitási törekvéseivel szemben.
Kapcsolódó:
Fotó: Dreamstime
