Gdy samochody produkują wodę zamiast spalin

Wodorowe ogniwa paliwowe uważane są za nadzieję w dyskusji na temat napędu pojazdów przyszłości. Ich największą zaletą: woda i ciepło są jedynymi „produktami ubocznymi”, które emitują. Jedną z obecnie największych wad są koszty, które w dużej mierze zależą od bardzo drogiego materiału platyny, potrzebnej do katalizatora w ogniwie paliwowym. Obniżenie zawartości platyny w ogniwie paliwowym powoduje jednak jeszcze szybszy spadek wyprodukowanej mocy elektrycznej. Prof. Dr. Peter Strasser z TU Berlin oraz jego współpracownicy z zakładu Elektrokatalizy i Materiałów, we współpracy z naukowcami z BMW, udało się teraz, w samochodowym ogniwie wodorowym, zaprojektować chemicznie materiał nośnikowy katalizatora tak, aby mimo niewielkiego zużycia platyny generować wysoką moc elektryczną. Ich wyniki zostały opublikowane w renomowanym czasopiśmie Nature Materials.

W pojazdach z ogniwami paliwowymi chodzi o samochody elektryczne. Różnica polega na tym, że potrzebny prąd nie jest magazynowany w akumulatorze, lecz w trakcie jazdy wytwarzany na bieżąco. Na dwóch oddzielnych elektrodach ogniwa paliwowego wodór, który jest przechowywany w specjalnym zbiorniku w samochodzie, reaguje z tlenem z otaczającego powietrza. W wyniku tej reakcji powstaje prąd i woda. Wytworzony prąd jest zużywany lub przechowywany w małym akumulatorze buforowym. Do reakcji elektrochemicznej na katodzie ogniwa paliwowego potrzebny jest katalizator platynowy. „Nawet jeśli obecnie dostępne na rynku samochody z ogniwami paliwowymi używają tylko 30 gramów platyny na ogniwo, to i tak jest to daleko od długoterminowego i zrównoważonego celu, jakim jest pięć gramów platyny na samochód z ogniwem paliwowym” – mówi Peter Strasser.

Problem polega na tym, że nanocząstki platyny muszą być równomiernie rozłożone na nośniku węglowym, z dodatkiem tak zwanego ionomeru, tworzywa sztucznego przewodzącego jony wodoru (protony). Im mniej nanocząstek platyny ma być użyte, tym ważniejsze jest równomierne rozłożenie ionomeru, aby wszystkie reagenty miały dostęp do cząstek platyny pełniących funkcję katalizatora. Nierównomierny rozkład ionomeru powoduje wysoką oporność na transport cząsteczek tlenu, co z kolei prowadzi do dużych strat w wyprodukowanym napięciu i mocy elektrycznej. „W opublikowanej obecnie pracy opisujemy wytwarzanie nowatorskiego, chemicznie zmodyfikowanego materiału nośnikowego węglowego o dostosowanych właściwościach powierzchniowych. Dzięki temu udało nam się osiągnąć dotąd nieosiągalny, równomierny rozkład ionomeru na tym materiale nośnikowym. W ten sposób osiągamy wysokie gęstości mocy przy niskim zużyciu platyny” – mówi naukowiec. Ten dostosowany katalizator osiągnął dotąd niespotykaną wydajność i stabilność w wytwarzaniu prądu w ogniwie paliwowym – przy zużyciu platyny o co najmniej 50 procent mniejszym.

„Co wyróżnia nasze podejście: pracowaliśmy bezpośrednio z samochodem z ogniwem paliwowym, co daje szansę na natychmiastowe wdrożenie wyników w kolejne generacje samochodów z ogniwami paliwowymi” – cieszy się Peter Strasser z sukcesu.  

Dalsze informacje chętnie udzieli:

Prof. Dr. Peter Strasser
TU Berlin
Zakład Chemii Technicznej
Grupa naukowa ds. energii elektrochemicznej, katalizy i materiałów
Tel.: 030/314-22261
E-mail: peter.strasser@tu-berlin.de