Nieuwe technologie op basis van nikkel en koolstof belooft de kosten te verlagen en het gebruik van brandstofcellen te verbreden
Onderzoekers van Cornell University hebben een katalysator voor brandstofcellen ontwikkeld die geen edelmetalen zoals platina of palladium nodig heeft. De nieuwe oplossing bestaat uit nikkel met een koolstoflaag en laat in een alkalisch milieu een hoge activiteit zien, waardoor brede toepassing binnen bereik komt.
Waarom alkalische brandstofcellen goedkoper kunnen zijn
Klassieke brandstofcellen functioneren doorgaans in een zuur milieu. In zulke omstandigheden zijn edelmetalen nodig om katalysatoren stabiel en actief te houden, maar juist die materialen maken de technologie duur en beperken de uitrol.
De aanpak van Cornell University verschuift het werkingsgebied naar een alkalisch milieu. Daar kunnen goedkopere metalen worden ingezet-zoals nikkel, ijzer en kobalt-die volgens de onderzoekers 500–1000 keer goedkoper zijn dan de gebruikelijke edelmetalen.
Het kernprobleem: trage waterstofoxidatie en nikkel dat oxideert
Een belangrijke hobbel voor alkalische brandstofcellen was de lage reactiesnelheid van waterstofoxidatie. Nikkel geldt als een veelbelovende kandidaat, maar verliest snel activiteit doordat het oxideert.
De onderzoekers hebben dat ondervangen door het nikkel te bedekken met een uiterst dunne koolstoflaag van grafeen, slechts 3–4 atomen dik. Die laag schermt het nikkel af tegen oxidatie, terwijl de katalytische werking behouden blijft.
Testresultaten en prestaties in een brandstofcelopstelling
In experimenten leverde de katalysator een vermogen van 1 W per vierkante centimeter. Daarmee wordt een doelwaarde van het Amerikaanse ministerie van Energie voor brandstofcellen met edelmetalen zelfs overschreden, wat de technologie concurrerend maakt met conventionele systemen.
De katalysator is bovendien getest onder omstandigheden die de werking van brandstofcellen nabootsen. Uit de metingen blijkt dat de koolstoflaag effectief voorkomt dat zuurstof het nikkel binnendringt, waardoor de eigenschappen van het materiaal behouden blijven. Dit is ondersteund met beelden op atoomniveau, verkregen via microscopie.
Levensduur: huidige stand en beoogde stabiliteit
De huidige duurzaamheid van het systeem ligt rond 2000 uur. Dat is nog onder de beoogde 15 000 uur, maar de onderzoekers verwachten dat technische en engineeringmatige verbeteringen de vereiste stabiliteit haalbaar maken. De onderliggende chemie van de reactie is volgens hen al overtuigend aangetoond.
Toepassingen: van auto’s tot decentrale stroomvoorziening
Op termijn kan de technologie interessant worden voor de auto-industrie, maar ook voor stationaire en mobiele generatoren. Daarnaast leent ze zich voor decentrale elektriciteitsvoorziening, vooral in afgelegen gebieden waar lokale opwekking en betrouwbaarheid extra belangrijk zijn.
Reacties
Nog geen reacties. Wees de eerste!
Laat een reactie achter