Norvég kutatók áttörést jelentő membrántechnológiát mutattak be a hidrogén üzemanyagcellák számára, amiről az Interesting Engineering is beszámolt.
„Egy új membrántechnológia – olyan könnyű és vékony, hogy egy A4-es papírlap vastag kartonnak tűnik mellette – született meg a hidrogénlaboratóriumban” – áll a kutatók közleményében.
Ez az innováció, amely a SINTEF kutatóintézet hidrogénlaborjából származik, jelentősen csökkentheti az üzemanyagcellák költségeit és környezeti hatásait, miközben versenyképesebbé teheti őket az elektromos motorokkal szemben.
A legfrissebb fejlesztés arra összpontosít, hogyan lehet jelentősen karcsúsítani az üzemanyagcellák két kulcskomponensét: a membránt és a katalizátort.
Az új membránprototípus vastagsága mindössze 10 mikrométer. (Fotó: Unsplash)
„A membrán és a katalizátor akár az üzemanyagcella teljes költségének 41%-át is kiteheti. Ezért döntöttek úgy a SINTEF kutatói, hogy megvizsgálják, miként lehet ezeket az elemeket csökkenteni” – olvasható a közleményben.
Az új membránprototípus vastagsága mindössze 10 mikrométer (10 μm), ami 33%-os csökkentést jelent a jelenlegi 15 mikrométeres (15 μm) standardhoz képest.
„A mai üzemanyagcellák membránjai 15 μm vastagok. A mi prototípusunk mindössze 10 μm. Hogy ezt érzékeltessük: egy szokványos A4-es lap vastagsága körülbelül 100 μm” – mondta Patrick Fortin, a SINTEF kutatója.
A kutatók megállapították, hogy a vastagság csökkentése nem járt teljesítménycsökkenéssel. 15 mikrométer alatt az eredményességet elsősorban nem a membrán tömegbeli ellenállása, hanem az érintkezési (interfész) ellenállás határozza meg.
Ez az áttörés önmagában akár 20%-kal is csökkentheti a membránköltségeket, és 33%-kal kevesebb káros fluorozott polimert (PFAS) igényel. A PFAS vegyületek olyan anyagcsoportot alkotnak, amelyet az EU egyre nagyobb kémiai kockázatként tart számon környezeti és egészségügyi hatásaik miatt.
„A tesztek során észrevettük, hogy 15 μm alatt a membrán tömegbeli ellenállása elhanyagolhatóvá válik, és a teljesítményt kizárólag az érintkezési ellenállás befolyásolja – ami mindkét membrántípusnál azonos volt” – magyarázza Patrick Fortin, a SINTEF kutatója.
A membránfejlesztés mellett a kutatócsoport lenyűgöző, 62,5%-os csökkentést ért el a katalizátorban található platinatartalomban a legkorszerűbb üzemanyagcellákhoz képest. A platina ritka és drága ásvány, amelynek kitermelése nagyrészt Európán kívül történik, így az EU kritikus nyersanyagként tartja számon.
„Az üzemanyagcellák platinaigényének csökkentésével nemcsak a költségeket mérsékeljük, hanem figyelembe vesszük a nyersanyagellátás globális kihívásait és a fenntarthatósági szempontokat is” – tette hozzá Fortin.
A kutatók megtalálták az optimális elrendezést a mikroszkopikus platinareakciós részecskék számára. Így jelentősen kevesebb anyag felhasználásával is megfelelő energiatermelést tudtak biztosítani.
Ez a kétirányú anyagcsökkentési megközelítés hatalmas lehetőséget rejt magában az üvegházhatású gázok kibocsátásának csökkentésére – különösen a nehézgépjárművek, a tengeri szállítás és hosszabb távon a légi közlekedés terén.
Bár a hidrogén üzemanyagcellák rendkívül hatékonyak és csak vízgőzt bocsátanak ki, magas áruk eddig jelentős akadályt jelentett a széles körű elterjedésükben. Ez az új technológia arra törekszik, hogy ezt az akadályt lebontsa.
„Ha az innovációk megvalósulnak, kutatásunk hozzájárulhat ahhoz, hogy a jövő tisztaenergia-technológiái – például a nagy teljesítményű PEM üzemanyagcellák – olcsóbbá és fenntarthatóbbá váljanak” – zárta gondolatait Fortin.
Kiemelt kép: Unsplash
S.Rita
