Forskare vid University of New South Wales i Sydney har utvecklat en ny typ av bränslecell som kan producera upp till 50 procent mer effekt från samma mängd vätgas jämfört med dagens teknik.
Bakom studien står ett forskarteam lett av Quentin Meyer, som även är verksam inom den internationella bränslecellsforskningen. Resultaten publicerades i den vetenskapliga tidskriften Applied Catalysis B: Environment and Energy.
Tekniken bygger på en relativt enkel förändring av konstruktionen – men kan få stora konsekvenser för effektiviteten i vätgasbaserade system.
Ny lösning på känt problem
Bränsleceller genererar elektricitet genom att kombinera vätgas med syre, där vatten bildas som biprodukt. Men just detta vatten har länge varit ett tekniskt problem.
I dagens så kallade PEM-bränsleceller kan vatten fastna i porösa lager inne i cellen och blockera flödet av syre. Det försämrar prestandan, särskilt vid hög belastning när mer vatten bildas.
Problemet uppstår bland annat där strukturer i cellen trycker mot materialet och stänger igen små porer. När vatten ansamlas i dessa områden blir det svårare för syre att nå katalysatorn, vilket begränsar elproduktionen.
– Det här är en grundläggande begränsning i dagens konstruktioner, och den har varit svår att komma runt, konstaterar forskarna i studien.
Mikroskopiska kanaler leder bort vatten
Forskarna har nu utvecklat en ny design där mikroskopiska spår skärs in i dessa tryckytor. Dessa fungerar som små dräneringskanaler som leder bort vattnet sidledes.
På så sätt kan vattnet transporteras bort mer effektivt, samtidigt som syret fortsatt når fram till katalysatorn.
– Våra tester visar att konstruktionen ger upp till 50 procent mer effekt per enhet vätgas vid relevanta driftförhållanden, säger Quentin Meyer till Hydrogen Insight.
Resultatet är att bränslecellen kan arbeta mer effektivt och stabilt även vid hög belastning.
Kan minska energiförluster
En annan viktig effekt är att behovet av kringutrustning minskar. I dagens system används ofta kompressorer för att trycka in luft och transportera bort vatten – något som i sig kräver energi.
Enligt studien kan den nya designen minska denna energiförbrukning kraftigt.
– Kompressorns energibehov kan minska med upp till 90 procent, samtidigt som den totala systemeffektiviteten ökar från 45 procent till 62 procent, skriver forskarna.
Det innebär också att så kallade parasitära förluster – energi som går förlorad i systemet – kan minska från 17 procent till 3 procent.
Osäker väg till kommersialisering
Om tekniken kan skalas upp till industriell nivå skulle den kunna minska vätgasbehovet i tillämpningar som långväga transporter, flyg och stationär elproduktion.
Samtidigt återstår flera steg innan tekniken kan användas kommersiellt. Historiskt har många lovande laboratorieresultat inom vätgasteknik visat sig svåra att omsätta i praktiken, inte minst på grund av kostnader, materialkrav och systemkomplexitet.
Dessutom kvarstår grundläggande utmaningar kring produktion, lagring och distribution av vätgas, vilket fortsatt påverkar teknikens konkurrenskraft.
Källa: Hydrogen Insight
Fakta:
PEM-bränsleceller används i dag främst i fordon och vissa industrisystem. Teknikens effektivitet begränsas ofta av vattenhantering och energiförluster i kringutrustning.
