Ekonomiczne ogniwa paliwowe nowej generacji
Technologie ogniw paliwowych oparte na polimerowej membranie elektrolitowej (PEM) mają potencjał, by zrewolucjonizować branże transportową, znacznie zwiększając paliwooszczędność i ograniczając szkodliwy wpływ na środowisko. Jednak ich powszechne urynkowienie wymaga obniżenia kosztów. Niemal wszystkie dostępne obecnie ogniwa paliwowe PEM zawierają cząsteczki platyny w porowatych nośnikach węglowych służących do katalizowania procesów utleniania wodoru, jak i redukcji tlenu. Poza katalizatorami, dotychczasowe prace praktycznie pomijały inne aspekty warstw aktywnych, które odgrywają decydującą rolę w wydajności ogniw paliwowych. Projekt PEMICAN (PEM with innovative low cost core for automotive application) dokonał postępów w rozwoju warstw aktywnych. Zaproponowano obniżenie kosztów katalizatora, zmniejszając zawartość platyny do 0,15 g na kW. W tym celu przystąpiono do zwiększenia zastosowania katalizatora i gęstości mocy, poprawiając właściwości transportowe warstw aktywnych. Podejście to połączono z obniżeniem obciążenia katalizatora poprzez kontrolowanie rozmieszczenia na cienkiej warstwie po stronie anody oraz gradientów po stronie katody. Wiele uwagi poświęcono wprowadzeniu do warstw aktywnych określonych elektrolitów i sadzy. Nowe surowce usprawniły przesyły ładunku i gazu, zwiększając dostawę prądu elektrycznego, a w konsekwencji gęstość mocy. Aby obniżyć obciążenie katalizatora, partnerzy rozmieścili platynę w najbardziej strategicznych miejscach. Testy pokazały, że przy tak niskim docelowym obciążeniu katalizatora (tj. 0,15 g/kW) trudno jest osiągnąć wysoką gęstość mocy. W przyszłości priorytetem będzie zwiększenie gęstości mocy optymalnie do 1 W na metr kwadratowy, nawet jeśli w tym celu potrzebne będą wyższe obciążenia katalizatora. Partnerom udało się jedynie zmniejszyć obciążenie platyny z 1 g do 0,57 g. Kolejnym sukcesem było opracowanie modelu porowatej sieci warstwy katodowej katalizatora. Z symulacji wynika, że elektrody niejednorodne mają pozytywny wpływ na wydajność ogniw paliwowych PEM, a im cieńsza elektroda, tym większa wydajność katalizatora platynowego. Odkrycia poczynione w ramach projektu przyczynią się do obniżenia kosztów ogniw paliwowych PEM, przybliżając masową produkcję dla potrzeb motoryzacji. Choć w projekcie skoncentrowano się na czystej platynie, wyniki mogą okazać się przydatne w kontekście platyny domieszkowanej, co z kolei może zaowocować dalszym obniżeniem kosztów.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe, platyna, polimerowa membrana elektrolitowa, warstwy aktywne, motoryzacyjny, gęstość mocy
