Nowe materiały do produkcji samochodowych ogniw paliwowych
Zgodnie z powszechną opinią ogniwa paliwowe odegrają ważną rolę w samochodach przyszłości. Technologia może wspomóc rozwój pojazdów elektrycznych, umożliwiając znaczne poszerzenie ich asortymentu. Jednakże gęstość mocy, koszt i trwałość pozostają nadal kluczowymi wyzwaniami stojącymi na drodze do komercjalizacji. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu IMPACT (Improved lifetime of automotive application fuel cells with ultra-low Pt-loading) zdecydowali się odpowiedzieć na te wyzwania, udoskonalając zespół elektrod membranowych (MEA, Membrane Electrode Assembly) – kluczowy komponent ogniw paliwowych dla sektora motoryzacyjnego. Partnerom projektu udało się stworzyć zespoły MEA o ultraniskiej zawartości Pt wynoszącej poniżej 0,2 grama na centymetr kwadratowy. Wysiłki naukowców ukierunkowane na poprawę stabilności tych katalizatorów w dłuższym przedziale czasu zakończyły się sukcesem – po 5000 godzinach pracy stosy ogniw paliwowych nadal były sprawne. Tempo degradacji wyniosło poniżej 10 μV na godzinę, zaś gęstość mocy zespołów MEA utrzymała się na poziomie 1 W na centymetr kwadratowy. Zespół zwiększył też stabilność elektrochemiczną katalizatora anodowego w różnych temperaturach roboczych i zakresach wilgotności. Zastosowanie katodowego elektrokatalizatora platynowo-kobaltowego pozwoliło osiągnąć założone w projekcie cele w zakresie wydajności i stabilności zespołów MEA. Aby zwiększyć wydajność ogniw, partnerzy opracowali ustabilizowane chemicznie membrany o grubości 10 μm, które zapewniły wysoką odporność na korozję i zmniejszenie występowania przejść wodoru typu „cross-over”. Podjęto również prace nad stworzeniem jonomerów do produkcji warstw katalitycznych. Zrozumienie procesów degradacji występujących w takich zespołach MEA oraz związku pomiędzy degradacją, żywotnością a zawartością Pt było kluczowe dla skutecznej realizacji założeń projektowych. Dokładne analizy ex situ i in situ nowych materiałów pozwoliły zespołowi uzyskać szczegółową wiedzę na temat mechanizmów degradacji. Projekt IMPACT przyczynił się do poprawienia trwałości zespołów MEA o niskiej zawartości platyny pracujących w typowych warunkach, w jakich użytkowane są samochody. Wprowadzenie na rynek zespołów elektrod membranowych o niskiej zawartości platyny z pewnością przyczyni się do ich upowszechnienia, ponieważ to właśnie platyna stanowi największą część kosztów produkcji tych podzespołów.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe, platyna, samochody, IMPACT, zespół elektrod membranowych, zawartość Pt
