Materials enabling efficient and cost-effective fuel cells
- Reference number
- EM16-0060
- Start and end dates
- 180116-231231
- Amount granted
- 34 468 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The primary goal of the project is to develop a new generation of anion exchange membrane fuel cell, AEMFC, based on novel AEMs and new catalysts free from platinum (Pt). The target is that these should have significantly improved properties compared to current state-of-the-art AEMFC with respect to cost, electrochemical performance and durability. Such a cell enables a cost-effective and sustainable conversion of chemical energy in the fuel, e.g. hydrogen, to electric energy, without emissions harmful for the environment. To obtain breakthroughs in the area complementary competences from several research groups are combined. Planned activities cover design and synthesis of both new alkaline polymer electrolyte membranes and novel Pt-free catalysts, from the molecular to the micron level. Advanced material characterization methods to establish structure-property relationships will be used. Modelling from molecular level to device level will support these activities. Materials and components produced in the project will be electrochemically characterised and evaluated in real lab-scale fuel cells, and electrode and fuel cell modelling will be performed to predict and optimise the performance of complete electrochemical devices. As result of the project, single cell AEMFCs with a novel type of AEM and with Pt-free catalysts will be operated under real fuel cell conditions and with good performance. Models will be used to predict behaviour of materials, components and device.
Popular science description
Bränsleceller har alla fördelar och möjligheter att bli centrala komponenter i avancerade energieffektiva elfordon, smarta elnät och i morgondagens fossilfria energisystem. För fordon anses bränsleceller baserade på polymermembran vara effektiva, tysta och utsläppsfria alternativ till förbränningsmotorer. Bränsleceller baserade på samma teknik tillämpas idag även för bärbar elektronik och distribuerad kombinerad värme- och kraftproduktion, och visar överlägsen effektivitet jämfört med alternativ teknik. Flera områden kommer därmed att dra stor nytta av framsteg i utvecklingen av material och komponenter för bränsleceller. En rad viktiga fördelar gör alkaliska polymerbränsleceller (AEMFC=anion exchange membrane fuel cell) till ett verkligt hållbart och mer effektivt alternativ till de sura polymerbränsleceller (PEMFC=proton exchange membrane fuel cell) som nu håller på att kommersialiseras bl a för fordonsdrift. .AEMFC drivs under starkt alkaliska betingelser eftersom hydroxidjoner bildas på katoden där syrgas reduceras. Hydroxidjonerna transporteras genom ett membran till anoden, reagerar med vätgas och producerar vatten och elektroner. Den alkaliska miljön medför flera fördelar i jämförelse med PEMFC. T ex möjliggör den snabbare kinetiken vid katoden användning av ädelmetallfria och billiga katalysatorer som silver och nickel. AEMFC har alltså potential att betydligt sänka kostnaden för bränsleceller, vilket är avgörande för att de ska vara konkurrenskraftiga och komma till allmän användning i samhället. Det övergripande målet med vårt projekt är att utveckla en ny generation av AEMFC vilket kräver forskningsinsatser på flera områden. De planerade aktiviteterna omfattar design, utveckling och framtagning av nya alkaliska membran och platinafria katalysatorer genom innovativa koncept, som förväntas leda till väsentliga prestanda- och stabilitetsförbättringar jämfört med dagens bästa tillgängliga material. Avancerade metoder för karakterisering av material samt dessas funktion i den färdiga bränslecellen kommer att användas. Modellering på molekyl- och bränslecellsnivå kommer att utföras för att tolka data och ge återkoppling till den fortsatta utvecklingen av material och struktur. Forskarna kommer från tre olika lärosäten med komplementära kompetenser inom membran-, katalysator- och bränslecellsforskning. Till projektet har vi knutit ett kvalificerat industriellt råd med representanter från ledande svenska fordons- och bränslecellsutvecklare/tillverkare.