Potencjalna przyczyna niskiej wydajności ogniw paliwowych

Źródło: Carnegie Mellon University

Badacze z Carnegie Mellon University pod przewodnictwem Shawna Litstera odkryli potencjalną przyczynę niskiej wydajności polimerowych ogniw paliwowych PEFC. Wyniki badań opublikowali w artykule „"Gas Transport Resistance in Polymer Electrolyte Thin Films on Oxygen Reduction Reaction Catalysts,", który ukazał się w czasopiśmie „Langmuir".

Ogniwa paliwowe PEFC są obiecującym źródłem napędu pojazdów ze względu na zerową emisję spalin, brak emitowania hałasu i wysoką gęstość zgromadzonej energii. Niestety ogniwa PEFC nadal wymagają stosowania drogiej platyny, która stanowi katodę, gdzie następuje połączenie tlenu z protonami pochodzącymi z wodoru, powstałymi a anodzie. Duże ilości platyny potrzebnej do wytworzenia ogniwa paliwowego powodują jego wysoki końcowy koszt i ograniczają zastosowanie. Kluczowe staje się zatem ograniczenie ilości platyny. Tutaj problemem okazuje się dotychczas nie brany pod uwagę rezystancja jaka występuje w katodzie.

Podczas badań naukowcy określili 2 główne hipotezy tłumaczące opór, jedna, skoncentrowana przepuszczalności zredukowanego tlenu przez nanopowłokę polimerową (o grubości kilkudziesięciu nm), druga na zjawisku zatruwania katalizatora. Zgodnie z pierwszą teorią zmiany w strukturze bardzo cienkiego polimerowego elektrolitu mogą powodować niespodziewanie wysoki opór. Natomiast według drugiej teorii adsorbowane są na powierzchni platyny kwaśne związki, które powodują jej zatruwanie i blokowanie reakcji.

Zespół naukowców z Carnegie Mellon University sprawdził obie hipotezy poprzez oddzielenie platyny od polimeru i pomiar oporności przepływu tlenu przez polimer – poprzednie tego typu badania były prowadzone przy połączonym polimerze z platyną. Udało się to dzięki umieszczeniu cienkiej powłoki na neutralnej nanoprowatej membranie polimerowej. Podczas pomiarów prowadzonych na różnych powłokach o minimalnej grubości 30nm nie zauważono znacznych różnic w transporcie tlenu. Dowodzi to, że źródłem oporu jest oddziaływanie kwasów pochodzących z elektrolitu z platyną i na tym aspekcie powinni się skupiać naukowcy pracujący nad rozwojem ogniw paliwowych.

(pj)