Material för effektiva och konkurrenskraftiga bränsleceller
- Diarienummer
- EM16-0060
- Start- och slutdatum
- 180116-231231
- Beviljat belopp
- 34 468 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Huvudmålet med detta projekt är att utveckla en ny generation av den alkaliska polymerbränslecellen (AEMFC=anion exchange membrane (AEM) fuel cell) baserad på nya AEM och nya katalysatorer fria från platina (Pt). Målet är att dessa bör ha signifikant bättre egenskaper jämfört med dagens AEMFC med avseende på kostnad, elektrokemisk prestanda och hållbarhet. En sådan cell möjliggör en kostnadseffektiv och hållbar omvandling av den kemiska energin i ett bränsle, t.ex. vätgas, till elektrisk energi, utan utsläpp som är skadliga för miljön. Planerade aktiviteter i projektet omfattar design och syntes av både nya alkaliska polymermembran och nya Pt-fria katalysatorer, från molekylär nivå till mikroskala. Avancerade materialkarakteriseringsmetoder för att förstå sambanden mellan struktur och egenskaper kommer att användas. Modellering från molekylär nivå till bränslecellsnivå kommer att stödja dessa aktiviteter. Material och komponenter som produceras i projektet kommer att karakteriseras elektrokemiskt och utvärderas i verkliga laboratoriebränsleceller. Elektrod- och bränslecellsmodellering kommer att göras för att kunna förutsäga och optimera prestanda hos kompletta bränsleceller. Som ett resultat av projektet kommer enkelceller av AEMFC med en ny typ av AEM och med platinafria katalysatorer att köras under reella bränslecellsbetingelser och med god prestanda. Modeller kommer att förutse prestanda och beteende hos material, komponenter och hel cell.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.