Trwałe ogniwa paliwowe do zastosowań stacjonarnych
Ogniwa paliwowe to urządzenia do konwersji elektrochemicznej, wytwarzające elektryczność dzięki reakcji chemicznej między paliwem, np. gazem wodorowym (H2) a tlenem zawartym w powietrzu. Jest to proces konwersji elektrochemicznej, ale bez spalania, paliw kopalnych czy emisji cząstek stałych, a jego jedynym produktem ubocznym jest woda. Ogniwa paliwowe są wydajne, ciche i nie mają ruchomych części, co oznacza brak tarcia i związanego z nim zużycia. Ogniwa paliwowe z membraną wymiany protonów (PEM), inaczej zwane ogniwami z membraną elektrolitowo-polimerową, to technologia obecnie najczęściej stosowana w motoryzacji. Badania koncentrują się na tanich technikach produkcji i osiągnięciu żywotności ogniw rzędu 5000 godzin. W przypadku zastosowań stacjonarnych, duża trwałość i mniejsze koszty konserwacji są często ważniejsze niż wysokość początkowej inwestycji. Uczestnicy finansowanego ze środków UE projektu STAYERS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (STAYERS Stationary PEM fuel cells with lifetimes beyond five years) starają się wydłużyć żywotność (do ponad 40 000 godzin ciągłej pracy) i zminimalizować degradację ogniw paliwowych. W ostatnim sześciomiesięcznym okresie sprawozdawczym naukowcy skompletowali i przeanalizowali dane pochodzące z testów przyspieszonego starzenia oraz końcowych prób terenowych. Prace objęły analizę post-mortem najbardziej obiecujących kombinacji po ich zdemontowaniu. Przedmiotem ostatecznych testów były dwie membrany wyprodukowane przy użyciu udoskonalonych procesów. Rozwiązania te eliminują obróbkę końcową, ułatwiają wytwarzanie w rolkach zamiast w arkuszach oraz umożliwiają wbudowanie pochłaniaczy wolnych rodników. Membrany wykorzystano w elektrodach membranowych (MEA) trzeciej i czwartej generacji, a następnie zbudowano z nich baterie o różnych kombinacjach, w tym koncepcji "tęczy", zawierającej liczne warianty MEA w jednej baterii. Testy terenowe baterii wskazały na mechanizm nieodwracalnej degradacji, ale nadal trwają badania degradacji odwracalnej. Jeden z wariantów MEA pozwolił jednak na istotne ograniczenie tego procesu. Ponadto przyspieszone starzenie nie wpływało na czułość MEA na zanieczyszczenia obecne w H2, natomiast zwiększona wrażliwość na zanieczyszczenia obecne w powietrzu wpływała negatywnie na działanie. Mimo to MEA spełnia główne założenia projektu. Wszystkie baterie zdemontowano i przebadano, określając najważniejsze mechanizmy degradacji. Projekt przyczyni się do zdobycia przez Europę pozycji światowego lidera w dziedzinie ogniw paliwowych i technologii wodorowych, tworząc szanse biznesowe oraz pomagając ograniczyć emisje i negatywne skutki dla klimatu. Większa trwałość oznacza niższe koszty eksploatacji, a tym samym większą opłacalność ekonomiczną. Dobrym przykładem jest elektrownia PEM o mocy kilku MW, przekształcająca odpadowy wodór w czystą energię elektryczną.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe, PEM, degradacja, długowieczność, gaz wodorowy, przyspieszone starzenie, elektrody membranowe
