Een grootschalige introductie van brandstofcellen voor vervoerstoepassingen vraagt om een drastische kostenverlaging. Om deze te bewerkstelligen, ontwikkelt dit project een nieuw type elektrode met een betere structuur, een hoger rendement en aanzienlijk minder katalysatormateriaal.
Aanleiding: platina dure grondstof
Het dure materiaal platina dient als katalysator voor de elektrochemische reacties in brandstofcellen. Op dit moment bedraagt de benodigde hoeveelheid platina ongeveer 100 gram per voertuig (omgerekend 1,2 g/kW). Om de kosten op een aanvaardbaar niveau te brengen, moet de belading omlaag tot 0,2-0,3 g/kW. Dit leidt tot een hoeveelheid platina per voertuig vergelijkbaar met wat nu gebruikelijk is voor uitlaatkatalysatoren.
PEM-brandstofcel
Om tot een minimale toepassing van platina te komen, is het noodzakelijk het vermogen van de huidige PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) te verhogen en de voor deze prestatie benodigde hoeveelheid platina te verlagen. Dit is alleen mogelijk als de structuur van de kathode van de brandstofcel – de grootste bron van verliezen – sterk wordt verbeterd. De huidige elektroden benutten nog niet alle platina en veroorzaken bovendien aanzienlijke transportverliezen.
De structuur van de elektrode wordt voornamelijk bepaald door het koolstofdragermateriaal. De poriestructuur en het oppervlak van conventionele dragermaterialen zijn echter moeilijk beheersbaar: een goed oppervlak is vaak gekoppeld aan een slechte poriegrootteverdeling (en omgekeerd). Er is dan ook een nieuw (koolstof)dragermateriaal nodig, waarvan de structuur exact kan worden toegesneden op de eisen die aan de elektrode worden gesteld. Deze eisen zijn: een hoog actief oppervlak, prima geleiding van elektronen, goed transport van protonen en een optimale toegankelijkheid voor gassen.
Project: minder platina voor PEM-brandstofcel
Dit project heeft als doel om een nieuwe kathode voor de PEMFC te ontwikkelen, zodat het rendement van de brandstofcel hoger wordt en er minder platina nodig is. Zeer bijzonder is dat de kathode wordt gevormd in een zelfassemblageproces.
Het project werkt twee fabricagemethoden uit.
1) In methode één worden met behulp van zelfassemblage eerst silicastructuren gevormd. Deze dienen als mal voor het maken van een goed gedefinieerde koolstofstructuur. Hierop wordt dan het protongeleidende materiaal aangebracht.
2) De met deze methode opgedane kennis wordt gebruikt voor een tweede, meer directe route, waarin de mal overbodig wordt. De gewenste structuur wordt dan direct gemaakt uit zelfassemblerende bicontinue micro-emulsies. Dit is een volledig nieuwe ontwikkeling. Bij succes zal dit ‘high risk, high reward’-onderzoek leiden tot een uitstekende elektrodestructuur met een inherent goede benutting van het platina en minimale transportverliezen.
| Titel | Self-Assembled Nanogestructureerde Elektrode voor de PEM-brandstofcel (SANE-PEMFC) |
| Penvoerder | Energieonderzoek Centrum Nederland (ECN) |
| Contactpersoon | Mw. G.J.M. Janssen |
| Adres | Postbus 1, 1755 ZG PETTEN |
| Telefoonnummer | 0224 56 48 03 |
| janssen@ecn.nl | |
| Website | www.ecn.nl |
| Partners | Technische Universiteit Delft |
| Looptijd | 1/11/2005 - 31/10/2009 |
| EOS-regeling | Lange Termijn |
| Projectnummer | EOSLT02025 |
Geplaatst op:
04-09-2012
|
Gewijzigd op:
21-01-2013