Czy ogniwa paliwowe są równie trwałe co konwencjonalne silniki?
Ogniwa paliwowe z polimerowym elektrolitem (PEFC) są bardzo obiecujące ze względu na niską temperaturę pracy oraz możliwość dostosowania mocy wyjściowej do określonych wymagań. Pracują one na czystym wodorze i wytwarzają elektryczność przy zerowej emisji dwutlenku węgla. Chociaż poczyniono istotne postępy w zakresie zmniejszania kosztów i zwiększania wydajności, wydłużenie żywotności ogniw PEFC do 40 000 godzin jest nadal trudne do osiągnięcia. Celem projektu PREMIUM ACT (Predictive modelling for innovative unit management and accelerated testing procedures of PEFC), finansowanego ze środków UE, było pokonanie tej przeszkody. Uczeni zastosowali innowacyjne podejście, łączące eksperymenty z oryginalnym wieloskalowym modelem mechanistycznym, aby odtworzyć degradację zachodzącą we wszystkich procesach PEFC. Pozwoliło to na uzyskanie nowych informacji na temat mechanizmów degradacji ogniw PEFC wykorzystujących wodór reformowany (otrzymany przy pomocy katalitycznych procesów chemicznych). Próby starzenia przeprowadzone na zespołach elektrod membranowych ujawniły występowanie dwóch rodzajów degradacji: odwracalnej oraz trwałej utraty wydajności. Zmiany właściwości elektrochemicznych określono przy pomocy metod in situ. Metody ex-situ pomogły z kolei w ocenie zależności między degradacją miejscową a niejednorodnością właściwości chemicznych, fizycznych i strukturalnych komponentów ogniw i stosów ogniw. Testy z bezpośrednią pracą stacjonarnych ogniw paliwowych wykorzystujących metanol oraz próbne obciążenia cykliczne pozwoliły uczonym na określenie czynników determinujących odwracalną degradację i warunków zapewniających minimalną odwracalną utratę wydajności. Badania obciążeń próbnych oraz znaczenia zastosowania paliwa reformowanego ujawniły, że stężenie tlenku węgla ma istotny wpływ na tempo odwracalnej degradacji. Co ważne, naukowcy zidentyfikowali mechanizmy starzenia związane z degradacją katalizatora anodowego, zawierającego zarówno platynę, jak i ruten. Nowe dane sugerują, że rozpuszczanie i rozkład rutenu wpływają na działanie PEFC w podobnym stopniu co warunki lokalne. Obliczono także utratę polimerów i właściwości transportowych jako zależność między parametrami roboczymi. Badania przeprowadzone w projekcie PREMIUM ACT przyczyniły się do poszerzenia wiedzy na temat działania ogniw PEFC oraz poznania warunków wpływających na stabilność napięcia i wydłużenie okresu eksploatacji ogniw. Zwiększenie trwałości systemów ogniw paliwowych do 40 000 godzin ciągłej pracy jest trudnym zadaniem, ale krok w tym kierunku został już zrobiony.
Słowa kluczowe
Ogniwa paliwowe, elektrolit polimerowy, PREMIUM ACT, wodór reformowany, obciążenia cykliczne, tlenek węgla, platyna
