Ogniwa wodorowe: dwie drogi do ulepszenia

Najpierw kwestia samej membrany. Ogniwo składa się z dwóch elektrod oddzielonych membraną polimerową. Kiedy paliwo (wodór) spala się na jednej z elektrod, zadaniem membrany jest umożliwić przepływ protonów na drugą elektrodę, gdzie następuje połączenie ich z tlenem i wydziela się produkt uboczny – woda. Prawidłowe działanie tej membrany (dobra przepuszczalność dla protonów, niska przepuszczalność dla innych jonów, długa żywotność) jest więc warunkiem dobrego działania Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC).

Grupa z University of Manchester zaprojektowała właśnie innowacyjną membranę – wykonaną z polimeru PBI metodą odlewania, ale dodatkowo z obu stronach pokrytą warstwą nanowłókien PBI wykonanych przez elektroprzędzenie. Taka wielowarstwowa, kompozytowa struktura zapewnia wysoką stabilność, a jej porowatość i zwiększają powierzchnię aktywną. Badania wykazały prawie dwa razy wyższą gęstość mocy w ogniwie wykorzystującym tę membranę i prawie razy wyższe przewodnictwo protonów. To duży krok naprzód w badaniach, zwłaszcza że wymienione parametry utrzymywały się po stu godzinach pracy.

Grupa z Institute of Science w Japonii zajęła się z kolei problemem magazynowania wodoru. Wodór to gaz, ale przechowywanie go w butlach w charakterze paliwa jest niewygodne i mało efektywne. Dużo lepszym rozwiązaniem są stopy metali, w których można chemicznie uwiązać wodór. I to niż w butli o podobnej objętości. Jego uwolnienie wymaga przyłożenia pewnego napięcia i odpowiedniej temperatury. Sztuka polega więc na opracowaniu stopu, w którym wodór będzie można trwale związać, ale też łatwo uwolnić na potrzeby zasilania przy niewielkiej mocy i temperaturze. W tym celu zespół opracował stały elektrolit – stop zbudowany z baru, wapnia i sodu, który w temperaturze pokojowej łatwo wyłapuje protony wodoru, blokując przy tym elektrony.

Po jego jednej stronie przyłożona jest przeciwelektroda, która ma dostarczać wodór do zbiornika (docelowo – do ogniwa). Po drugiej stronie jest metalowa elektroda wodorkowa, która służy za magazyn wodoru. W zakresie 60–100 st. C elektrolit był w stanie wprowadzać lub usuwać wodór z elektrody magazynującej, a pojemność (dzięki zastosowaniu elektrolitu) w wodorku magnezu wyniosła >99 proc. wartości teoretycznej. Tymczasem dotychczasowe eksperymenty z magazynowaniem wodoru w wodorku magnezu wymagały użycia ponad 300 st. C. Autorzy podają, że ich dalsze prace będą skupione na zmniejszeniu poboru mocy wymaganego do uwolnienia wodoru do ogniwa – czyli kolejnym etapie koniecznym, by uczynić całą technologię opłacalną.

Dziękujemy, że jesteś z nami. To jest pierwsza wzmianka na ten temat. Pulsar dostarcza najciekawsze informacje naukowe i przybliża najnowsze badania naukowe. Jeśli korzystasz z publikowanych przez Pulsar materiałów, prosimy o powołanie się na nasz portal. Źródło: www.projektpulsar.pl.