Chinese brandstofcel levert vier keer meer vermogen dankzij snellere protonen

In dit artikel:

Chinese onderzoekers van het Beijing Institute of Technology hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat het protontransport in proton-exchange-membrane-brandstofcellen sterk verbetert. Daardoor kan een compacte brandstofcel bij een spanning van 0,7 volt ongeveer vier keer zoveel vermogen leveren als conventionele ontwerpen.

Het knelpunt zat in de katalysatorlaag, waar materialen zoals Nafion protonen moeilijk toegang geven tot actieve reactieplaatsen. De onderzoekers creëerden een nieuw grensvlak tussen een Brønstedzuur en een Lewisbase, met extra overdrachtsplaatsen voor protonen. In experimenten steeg de diffusiesnelheid tienvoudig en de protongeleiding met een factor 6,5, terwijl de benodigde activeringsenergie meer dan halveerde.

De cel behaalde een vermogensdichtheid van 0,75 watt per vierkante centimeter. Ook werd het kostbare platina efficiënter benut: de opbrengst bedroeg 6,9 kilowatt per gram platina. Na 30.000 versnelde stresstestcycli hield de cel 63 procent van haar oorspronkelijke piekvermogen over, tegenover 30 procent bij een conventioneel systeem.

De hogere vermogensdichtheid kan brandstofcelstacks voor zware vrachtwagens, langeafstandstransport en lucht- en ruimtevaart kleiner en lichter maken, mogelijk met meer continu vermogen en actieradius. Voor commerciële toepassing moeten de onderzoekers nog aantonen dat het materiaal betaalbaar op grote schaal kan worden geproduceerd en langdurig veilig en betrouwbaar blijft. De resultaten zijn gepubliceerd in Science.