Alternatywne materiały na elektrody do ogniw paliwowych
Wysokotemperaturowe ogniwa paliwowe z membraną do wymiany protonów (HT PEMFC), które wytwarzają elektryczność z wodoru przy pomocy reformowania ropy lub metanolu, cieszą się dużym zainteresowaniem. Dzięki wyższej temperaturze pracy — zwykle wynoszącej od 150 do 180oC — ich zastosowanie umożliwia budowę mniejszych i tańszych reformerów. Generator na bazie HT-PEMFC można montować w pojazdach, wykorzystując w nim powszechnie dostępne paliwa ciekłe, takie jak benzyna czy metanol. W ramach projektu ARTEMIS (Automotive PEMFC range extender with high temperature improved MEAs and stacks), finansowanego ze środków UE, opracowano taki stos HT-PEMFC, odznaczający się temperaturą roboczą rzędu co najmniej 130oC i przeznaczony do zastosowania w pojazdach. Naukowcy opracowali alternatywne materiały do MEA, które zostaną zintegrowane ze stosem elektrycznym HT-PEMFC o mocy 3 kW. MEA są oparte na membranach wykonanych z włókien syntetycznych o wysokiej temperaturze topnienia i udoskonalonych warstwach katalitycznych. Te ostatnie wymagają mniejszego ładowania i zapewniają wysoką wydajność w wysokich temperaturach, a także wysoką tolerancję na zanieczyszczenia, takie jak tlenek węgla. W ramach projektu ARTEMIS w pierwszej kolejności wyprodukowano wzorcowe materiały komercyjne, by następnie stopniowo rozpocząć łączenie nowych podzespołów w MEA w celu oceny ich kompatybilności. Na potrzeby charakteryzacji i walidacji materiałów oraz komponentów określono specjalne protokoły. Nowe lekkie materiały zachowują wytrzymałość mechaniczną, stabilność chemiczną i przewodność. Szczególny nacisk położono na opracowanie membran polimerowych z dużą domieszką kwasów, a także podłoży oraz katalizatorów anodowych i katodowych, które są odporne na temperatury od 150 do 180oC. Uczonym udało się znacząco zmniejszyć zawartość metali z grupy platynowców w porównaniu z katalizatorami aktualnie stosowanymi w HT-PEMFC. W ramach projektu ARTEMIS prowadzono prace mające na celu uporanie się z problemami dotyczącymi ogniw paliwowych w zastosowaniach motoryzacyjnych, jednak badania te przyniosą też istotne korzyści w dziedzinie pojazdów specjalistycznych, rozproszonego wytwarzania energii a nawet procesorów komputerowych. Do nowych prac badawczo-rozwojowych należeć będą demonstracje MEA na poziomie stosów, podsystemów i systemów.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe, zespoły elektrod membranowych, HT-PEMFCs, wodór, ARTEMIS
