Bränsleceller spelar en viktig roll för skapandet av en ren energiframtid genom en bred uppsättning applikationer som sträcker sig från uppvärmning av byggnader till elektrificerade transporter. Men som med alla nya tekniker har forskare stött på många hinder när det gäller att utveckla prisvärda, effektiva bränsleceller och hitta effektivare metoder att producera väte som används i celler.
Enligt en ny artikel som publicerades nyligen i Journal of the Electrochemical Society har ett team av forskare bestämt sig att inleda ett grundläggande meningsutbyte om sådana viktiga frågor kring bränsleceller och väteproduktion, som, om de löses, skulle kunna stärka förnybar energiteknik avsevärt.
I den för alla tillgängliga artikeln med den något krångliga titeln; "Perspektiv - Mot etablering av evident vätebindande energi som beskrivare för väteoxidations-/utvecklingsreaktioner", ger forskaren Yushan Yan och hans medförfattare från Delaware-universitetet en auktoritativ översikt över arbetet inom områdena väteoxidation och evolution. Syftet med artikeln är att presentera nyckelfrågor för debatt och skapa vägar för framtida innovation inom området.
Väteoxidations- och väteutvecklingsreaktioner är två av de enklaste elektrokemiska reaktionerna. Trots anses de utgöra ryggraden när det gäller att utveckla så kallad kritisk ren energiteknik.
- Dessa två reaktioner är grunden för rena bränsleceller", säger Yan.
- Med väteoxidation har man en bränslecellreaktion. Om man gör väteutveckling och producerar väte från vatten, skapas en vattenelektrolys, som producerar rent väte för bränsleceller och andra applikationer, förklarar Yan.
För närvarande är bränslecellerna främst kända för sin roll för elektriskt drivna transporter. Bränslecellbilar har förts in på marknaden av företag som Toyota, Honda och Hyundai, som fortsätter att producera fordon drivna av ren energiteknik. Flertalet moderna bränsleceller, speciellt de som används för fordonsapplikationer, är bränsleceller med protonbyte membran (PEM), som fungerar genom att protoner utbyts över ett surt polymermembran i syfte att producera el och värme.
Men Yan och hans team tror sig kunna förbättra denna modell. Därför försöker de att hitta ett grundläggande sätt att producera bränsleceller som är betydligt billigare.
- Vi vill framför allt överföra oxygen till en bas," säger Yan. "Det kan låta väldigt enkelt, men den här förändringen gör det möjligt för oss att använda ojämförliga metaller som katalysatorer istället för de mycket dyra platinagruppmetallerna. – Yan anser att det är möjligt att lösa barriären framför PEM-bränslecellstekniken, vilket gör det billigare och därför implementerbart för massmarknaden.
När forskarna började flytta en syra till en basbränslecell, upptäckte de att både väteoxidationsreaktionerna och väteutvecklingsreaktionerna blev mycket långsammare, vilket påverkade teknikens effektivitet. I artikeln beskriver teamet detta problem och de har formulerat en mängd kommentarer om varför detta händer. Samtidigt har de uppmanat kollegorna på fältet till att engagera sig i dialogen.
- När man forskar vill man inte alltid ha konkurrens, men samtidigt behövs det också fler människor som delta i diskussionen för att saker ska börja hända snabbare. Det är det som vi vill uppnå med denna artikel, säger Yan.
- Genom att titta närmare på de grundläggande reaktioner som är nödvändiga för att driva en bränslecell och rena väteproduktionsteknologier, anser Yan att betydande framsteg är redan idag möjliga när det gäller framtida tillämpningar.
- När man tar itu med dessa väldigt grundläggande frågor kan det bli omedelbar påverkan, säger Yan. I vår artikel talar vi om väteoxidation, som gäller för bränsleceller. Men vi talar också om den omvända reaktionen, som är väteutveckling. Vätgasutveckling handlar om att producera väte ur vatten med vind och solenergi. Det är rent väte. Vätgas kan driva ett bränslecellsfordon, men väte har även många andra tillämpningar.
Några av dessa andra tillämpningar innefattar ammoniaksyntes. Utan ammoniakbaserade gödningsmedel skulle världen inte kunna odla tillräckligt med mat för att kunna föda jordens befolkning. Medan ammoniakproduktionen är avgörande sak för mänskligheten kommer det väte som behövs för att producera vätet, från fossila bränslen.
Ammoniak tillverkas för närvarande genom en reaktion mellan kväve och väte, som kallas för Haber-Bosch-process, där väte produceras genom ”reformering” av naturgas. Om vätgas som används i denna process istället producerades med hjälp av en miljövänlig metod, skulle den totala negativa miljöpåverkan bli betydligt lägre.
ECS: s artikel gav Yan och hans medförfattare en unik plattform för att presenterateamets idéer. Istället för en traditionell forskningsartikel kommer forskare att med hjälp av ECS -Perspektiv-artiklar kunna diskutera nya insikter inom respektive forskningsfält.
Källa: Delaware-universitetet, USA
