BAGIKAN

Kemajuan dalam teknologi sel bahan bakar yang didukung oleh karbon padat dapat membuat pembangkit listrik dari sumber daya seperti batubara dan biomassa yang lebih bersih dan efisien, menurut sebuah makalah baru yang diterbitkan oleh peneliti National National Laboratory.

Desain sel bahan bakar menggabungkan inovasi dalam tiga komponen: anoda, elektrolit dan bahan bakar.

Bersama-sama, kemajuan ini memungkinkan sel bahan bakar memanfaatkan sekitar tiga kali lebih banyak karbon seperti desain sel bahan bakar karbon langsung terdahulu (DCFC).

Sel bahan bakar juga beroperasi pada suhu yang lebih rendah dan menunjukkan kepadatan daya maksimum yang lebih tinggi daripada DCFC sebelumnya, menurut insinyur bahan INL Dong Ding.

Hasilnya muncul dalam jurnal Advanced Materials edisi minggu ini .

Sedangkan sel bahan bakar hidrogen (misalnya, membran pertukaran proton (PEM) dan sel bahan bakar lainnya) menghasilkan listrik dari reaksi kimia antara hidrogen murni dan oksigen, DCFC dapat menggunakan sejumlah sumber daya berbasis karbon untuk bahan bakar, termasuk batubara, kokas, tar, biomassa dan sampah organik.

Karena DCFC memanfaatkan bahan bakar yang tersedia, mereka berpotensi lebih efisien daripada sel bahan bakar hidrogen konvensional.

“Anda bisa melewati tahap hemat energi untuk menghasilkan hidrogen,” kata Ding.

Ilmuwan riset Dong Ding sedang mengembangkan sel bahan bakar karbon langsung di INL’s Energy Innovation Laboratory. [Credit: Laboratorium Nasional Idaho]
Tapi desain DCFC sebelumnya memiliki beberapa kekurangan: Mereka membutuhkan suhu tinggi-700 sampai 900 derajat Celcius-yang membuatnya kurang efisien dan kurang tahan lama.

Selanjutnya, sebagai konsekuensi dari suhu tinggi tersebut, biasanya bahan baku mahal yang bisa menghasilkan panas.

Juga, desain DCFC awal tidak mampu memanfaatkan bahan bakar karbon secara efektif.

Ding dan rekan-rekannya membahas tantangan ini dengan merancang sel bahan bakar karbon langsung yang mampu beroperasi pada suhu yang lebih rendah – di bawah 600 derajat Celsius.

Sel bahan bakar memanfaatkan  , yang digiling halus dan disuntikkan melalui aliran udara ke dalam sel.

Para peneliti menangani kebutuhan akan suhu tinggi dengan mengembangkan elektrolit dengan menggunakan bahan cerium oxide dan carbonate yang sangat konduktif. Bahan ini mempertahankan kinerjanya di bawah suhu rendah.

Selanjutnya, mereka meningkatkan pemanfaatan karbon dengan mengembangkan desain anoda keramik keramik 3-D yang menggabungkan kumpulan serat bersama-sama seperti selembar kain.

Serat itu sendiri berongga dan keropos. Semua fitur ini bergabung untuk memaksimalkan jumlah luas permukaan yang tersedia untuk reaksi kimia dengan bahan bakar karbon.

Akhirnya, para peneliti mengembangkan bahan bakar komposit yang terbuat dari karbon padat dan karbonat. “Pada suhu operasi, komposit itu seperti cairan,” kata Ding. “Dengan mudah bisa masuk ke antarmuka.”

karbonat cair membawa karbon padat ke dalam serat berongga dan lubang jarum dari anoda, meningkatkan kerapatan daya sel bahan bakar.

Sel bahan bakar yang dihasilkan terlihat seperti baterai jam tangan keramik hijau yang setebal selembar kertas konstruksi.

Sebuah persegi yang lebih besar adalah 10 sentimeter di setiap sisinya. Sel bahan bakar dapat ditumpuk di atas satu sama lain tergantung pada aplikasi.

Teknologi ini memiliki potensi untuk meningkatkan pemanfaatan bahan bakar karbon, seperti batubara dan biomassa, karena sel bahan bakar karbon langsung menghasilkan karbon dioksida tanpa campuran gas dan partikulat lain yang ditemukan dalam asap dari pembangkit listrik berbahan bakar batubara, misalnya.

Hal ini membuat lebih mudah untuk menerapkan teknologi penangkapan karbon , kata Ding.

Desain DCFC yang canggih telah menarik perhatian dari industri. Ding dan rekan-rekannya bermitra dengan Saltor City berbasis Storagenergy, Inc., untuk mengajukan Departemen Energi Small Business Innovation Research (SBIR) – Small Business Technology Transfer (STTR) Peluang Pendanaan.