211service.com
Een vloeibaar ontwerp voor goedkopere brandstofcellen
Platina blijft het beste materiaal voor het versnellen van chemische reacties in waterstofbrandstofcellen, hoewel de schaarste en de kosten van dit element ervoor zorgen dat brandstofcellen niet betaalbaarder en praktischer worden. De meeste alternatieve benaderingen omvatten eenvoudigweg het vervangen van het platina in de elektroden. Nu een Brits bedrijf genaamd ACAL Energie heeft het ontwerp van de brandstofcel herzien om de hoeveelheid platina die wordt gebruikt met 80 procent te verminderen.
Vloeibaar ontwerp : In de brandstofcelstapels van ACAL Energy is de kathode vervangen door een platinavrije katalysatoroplossing, die de kosten met 40 procent zou kunnen verlagen.
In een conventionele brandstofcel is platina ingebed in poreuze koolstofelektroden. Het ontwerp van ACAL vervangt dit door een oplossing met goedkope molybdeen en vanadium als katalysator. De resulterende brandstofcel werkt net zo goed als een conventionele, maar zou 40 procent minder moeten kosten, zegt het bedrijf.
ACAL zegt dat het ontwerp een vermogensdichtheid geeft van 600 milliwatt per vierkante centimeter bij 0,6 volt. De benchmarkwaarde voor brandstofcellen voor auto's is 900 milliwatt per vierkante centimeter, zegt Hubert Gasteiger , een gasthoogleraar werktuigbouwkunde aan het MIT. ACAL beweert ook dat zijn brandstofcel drukloos werkt - extra druk zou de vermogensdichtheid verder moeten verhogen.
De vermogensdichtheid van het nieuwe systeem kan oplopen tot 1,5 watt per vierkante centimeter, zegt Andrew Creeth, medeoprichter en chief technology officer van ACAL. We denken dat we in de buurt komen van een verkoopbaar product, zegt hij.
Het bedrijf heeft al een systeem van één kilowatt gemaakt dat het volgend jaar aan geselecteerde klanten wil verkopen, en de brandstofcellen zouden in 2011 op grotere schaal beschikbaar moeten zijn. Het plan is om zich eerst te richten op de markt voor dieselgeneratoren met één tot tien kW-systemen en ga dan verder met grotere toepassingen zoals thuisstroomopwekking en elektrische auto's.
Het platina in een brandstofcel met polymeermembraan - de beste keuze voor generatoren en elektrische auto's - splitst waterstof in ionen en elektronen aan de anode en helpt deze te combineren met zuurstof aan de kathode om water te vormen. Maar platina is beperkt beschikbaar en kostte de afgelopen drie jaar gemiddeld $ 1.200 per ounce. En de prijs zal waarschijnlijk omhoogschieten als platina veel wordt gebruikt in brandstofcellen, voegt eraan toe: Douglas MacFarlane , een professor scheikunde aan de Monash University in Melbourne, Australië, die ook alternatieve brandstofcelkatalysatoren ontwikkelt.
De huidige brandstofcellen gebruiken 0,5 gram platina voor elke kilowatt stroom die ze genereren, zegt Gasteiger, maar het langetermijndoel is om minder dan 0,2 gram platina te gebruiken voor elke kilowatt.
Veel onderzoeksgroepen zijn in de race om brandstofcellen te maken die weinig of geen platina gebruiken - platina vervangen door een goedkoop metaal is de meest gebruikelijke benadering. Op ijzer gebaseerde katalysatoren en platina-palladiummengsels zijn beide getest en MacFarlane heeft poreuze elektroden gemaakt die zijn gecoat met polymeren. Anderen, zoals die van Japan Daihatsu en onderzoekers van de Wuhan University in China, maken alkalische brandstofcellen met membranen die alkalische ionen geleiden in plaats van zure. Deze ontwerpen werken goed met goedkope katalysatoren zoals nikkel en vereisen geen edelmetaalkatalysatoren. Maar al deze platina-alternatieven hebben nadelen: meestal geven ze een lage stroomdichtheid of nemen hun prestaties af na een paar honderd uur.
De katalysator van ACAL Energy is gebaseerd op een goedkope mix van molybdeen en vanadium, en het polymeermembraan van de brandstofcel staat in direct contact met deze vloeibare kathode. Ongeveer 80 procent van het platina dat in een conventionele cel wordt gebruikt, bevindt zich in de kathode, wat in het nieuwe ontwerp allemaal wordt geëlimineerd.
Creeth zegt dat de nieuwe katalysator stabiel is en bestand is tegen de zure omstandigheden in de brandstofcel. In bedrijfstests presteerden de brandstofcellen meer dan 1.500 uur goed. Het ontwerp heeft nog andere voordelen die de kosten verlagen, zegt hij. Terwijl conventionele brandstofcelstapels moeten worden gekoeld met stromende vloeistof of lucht, en ze ook een systeem nodig hebben om het membraan te bevochtigen, elimineert de vloeibare katalysator de noodzaak van beide. Wij geloven dat ons systeem het best presterende platinavrije systeem is, zegt Creeth.