Amikor az autók víz helyett károsanyagokat termelnek

A víz- és hőtermelő üzemanyagcellák reménysugaraként tekintenek rájuk a jövő járműveinek meghajtásáról szóló vitában. Legnagyobb előnyük: a víz és a hő az egyetlen „hulladéktermék”, amit kibocsátanak. Az egyik jelenleg legnagyobb hátrányuk: a költségek, amelyek többek között a rendkívül drága platina anyagtól függenek, amely a katalizátorhoz szükséges az üzemanyagcellában. Ha csökkentjük a platina tartalmát az üzemanyagcellában, akkor az elektromos teljesítmény is még gyorsabban csökken. Prof. Dr. Peter Strasser a Berlini Műszaki Egyetemről és munkatársai az Elektrokatalízis és Anyagok Tanszéken, együttműködve a BMW tudósosaival, sikerült egy autóbarát víz- és hőtermelő üzemanyagcellában olyan katalizátor hordozó anyagot kémiailag úgy megtervezniük, hogy alacsony platina felhasználás mellett is magas elektromos teljesítményt érjenek el. Eredményeiket most a neves Nature Materials szakfolyóiratban publikálták.

A tüzelőanyagcellás járművek végső soron elektromos autók is. A különbség: az igényelt áramot nem egy akkumulátorban tárolják, hanem a menet közben, szükség szerint termelik meg. Két külön elektródánál a tüzelőanyagcellában a víz- (hidrogén) és az oxigén reakcióba lép a járműben külön tárolt speciális tartályban lévő hidrogénnel, így elektromos áram és víz keletkezik. Az előállított áramot felhasználják vagy egy kis pufferakkumulátorban tárolják. A katódnál a reakcióhoz platina katalizátor szükséges. „Még akkor is, ha a jelenleg a piacon lévő üzemanyagcellás autók csak 30 gramm platint használnak egy-egy üzemanyagcellában, ez még mindig messze van a hosszú távon kitűzött és fenntartható céltól, miszerint öt gramm platina legyen egy üzemanyagcellás autóban” – mondja Peter Strasser.

A probléma: a platina nanorészecskéknek egy rendkívül egyenletes eloszlásban kell lenniük egy úgynevezett ionomerrel, amely víz- (proton-) vezető műanyaggal, a szén hordozó anyagára kell felvinni. Minél kevesebb platina nanorészecskét használnak, annál fontosabb az ionomer egyenletes eloszlása, hogy minden résztvevő reakciópartner hozzáférjen a katalizátorként működő platina részecskékhez. A nem megfelelő ionomer eloszlás magas ellenállást eredményez az oxigén molekulák szállításában, ami a keletkező elektromos feszültség és teljesítmény jelentős csökkenéséhez vezet. „A most publikált munkában leírjuk egy új, kémiailag módosított szén hordozó anyag gyártását, amelynek felületét egyedi tulajdonságokra hangoltuk. Ez lehetővé tette számunkra, hogy eddig példátlan módon egyenletesen oszlassuk el az ionomert ezen a hordozón, így magas teljesítmény sűrűséget érünk el alacsony platina felhasználás mellett” – mondja a kutató. Ez az egyedi katalizátor eddig példátlan teljesítményt és stabilitást ért el az elektromos áram termelésében a tüzelőanyagcellában – legalább 50 százalékkal kevesebb platina felhasználásával.

„Ami különlegessé teszi a megközelítésünket: közvetlenül egy autóbarát tüzelőanyagcellán dolgoztunk, így az eredményeink lehetőséget adnak arra, hogy közvetlenül beépüljenek a következő generációk tüzelőanyagcellás autóiba” – örül Peter Strasser a sikernek.

További információkért szívesen áll rendelkezésre:

Prof. Dr. Peter Strasser
Berlin Műszaki Egyetem
Műszaki Kémia Tanszék
Az elektrokémiai energia, katalízis és anyagtudomány csoport
Telefon: 030/314-22261
E-mail: peter.strasser@tu-berlin.de