211service.com
En flytande design för billigare bränsleceller
Platina är fortfarande det bästa materialet för att påskynda kemiska reaktioner i vätebränsleceller, även om bristen och kostnaden för detta element hindrar bränsleceller från att bli mer överkomliga och praktiska. De flesta alternativa tillvägagångssätt innebär helt enkelt att ersätta platina i elektroderna. Nu ringde ett brittiskt företag ACAL energi har sett över bränslecelldesignen för att minska mängden platina som används med 80 procent.
Flytande design : Inuti ACAL Energys bränslecellstackar är katoden ersatt med en platinafri katalysatorlösning, vilket kan minska kostnaderna med 40 procent.
I en konventionell bränslecell är platina inbäddad i porösa kolelektroder. ACALs design ersätter detta med en lösning som innehåller billig molybden och vanadin som katalysator. Den resulterande bränslecellen fungerar lika bra som en konventionell men bör kosta 40 procent mindre, säger företaget.
ACAL säger att dess design ger effekttätheter på 600 milliwatt per kvadratcentimeter vid 0,6 volt. Riktvärdet för bilbränsleceller är 900 milliwatt per kvadratcentimeter, säger Hubert Gasteiger , en gästprofessor i maskinteknik vid MIT. ACAL hävdar också att dess bränslecell fungerar utan tryck – att lägga till tryck borde öka effekttätheten ytterligare.
Det nya systemets effekttäthet kan nå 1,5 watt per kvadratcentimeter, säger Andrew Creeth, ACALs medgrundare och tekniska chef. Vi tror att vi närmar oss en säljbar produkt, säger han.
Företaget har redan tillverkat ett enkilowatt-system som man tänker sälja till utvalda kunder nästa år, och bränslecellerna bör bli tillgängliga mer allmänt under 2011. Planen är att först rikta in sig på marknaden för dieselgeneratorer med en- till 10- kW-system, gå sedan vidare till större applikationer som elproduktion i hemmet och elbilar.
Platinan i en polymermembranbränslecell – det bästa valet för generatorer och elbilar – delar väte i joner och elektroner vid anoden och hjälper dessa att kombineras med syre vid katoden för att bilda vatten. Men platina finns i ett begränsat utbud och kostar i genomsnitt 1 200 $ per uns under de senaste tre åren. Och priset kommer sannolikt att skjuta i höjden om platina användes flitigt i bränsleceller, tillägger Douglas MacFarlane , en kemiprofessor vid Monash University i Melbourne, Australien, som också utvecklar alternativa bränslecellskatalysatorer.
Dagens bränsleceller använder 0,5 gram platina för varje kilowatt kraft de genererar, säger Gasteiger, men det långsiktiga målet är att använda mindre än 0,2 gram platina för varje kilowatt.
Många forskargrupper kämpar för att tillverka bränsleceller som använder lite eller ingen platina – att ersätta platina med en lågkostnadsmetall är det vanligaste tillvägagångssättet. Järnbaserade katalysatorer och platina-palladiumblandningar har båda testats och MacFarlane har tillverkat porösa elektroder belagda med polymerer. Andra, som Japans Daihatsu och forskare vid Wuhan University i Kina, tillverkar alkaliska bränsleceller som har membran som leder alkaliska joner i motsats till sura. Dessa konstruktioner fungerar bra med billiga katalysatorer som nickel och kräver inga ädelmetallkatalysatorer. Men alla dessa platinaalternativ har nackdelar: vanligtvis ger de låga strömtätheter eller deras prestanda försämras efter några hundra timmar.
ACAL Energys katalysator är baserad på en lågkostnadsblandning av molybden och vanadin, och bränslecellens polymermembran är i direkt kontakt med denna flytande katod. Cirka 80 procent av platinan som används i en konventionell cell finns i katoden, som allt elimineras i den nya designen.
Creeth säger att den nya katalysatorn är stabil och tål de sura förhållandena i bränslecellen. I företagstester presterade bränslecellerna bra i mer än 1 500 timmar. Designen har andra fördelar som minskar kostnaderna, säger han. Medan konventionella bränslecellsstaplar måste kylas med strömmande vätska eller luft, och de också behöver ett system för att fukta membranet, eliminerar den flytande katalysatorn behovet av båda dessa. Vi tror att vårt är det bäst presterande platinafria systemet, säger Creeth.