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 (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
