Forskare vid Chalmers tekniska högskola har nyligen utvecklat en innovativ metod för att studera hur bränsleceller bryts ned under användning. Denna upptäckte metod är avgörande för att förbättra bränsleceller och göra bränslecellsdrivna vätgasfordon till ett mer långsiktigt alternativ till fossildrivna fordon.
Vätgasfordon har blivit allt mer populära tack vare deras miljövänliga profil – de avger endast vattenånga och om vätgasen framställs med förnybar energi, är den helt fri från koldioxidutsläpp. Dessutom belastar vätgasfordon inte elnätet som batteridrivna elfordon, eftersom vätgas kan produceras när el är billig och lagras för senare användning.
Trots dessa fördelar har bränsleceller en begränsad livslängd på grund av nedbrytning av elektroder och membran. Chalmersforskarnas nya metod tar sig an detta problem genom att noggrant studera hur bränslecellens komponenter bryts ned under verkliga användningscykler. Forskarna demonterar bränslecellen vid regelbundna intervaller och använder avancerade elektronmikroskop för att observera nedbrytningen av katodelektroden. Tidigare studier har ofta genomförts på halvceller under förhållanden som inte helt speglar de verkliga driftförhållandena.
Denna nya metod ger en mer detaljerad bild av nedbrytningsprocessen och kan hjälpa till att utveckla mer hållbara bränsleceller. Med förbättrad förståelse kan forskare arbeta på att förlänga livslängden och effektiviteten hos bränsleceller, vilket i sin tur kan öka användningen av vätgasfordon och bidra till en mer hållbar transportsektor.
– Man har tidigare utgått från att en bränslecells prestanda skulle påverkas av att plockas isär och studeras på det sätt vi har gjort, men det visade sig att det antagandet inte stämmer, vilket är överraskande. Därmed har vi kunnat studera bränslecellen under användning, säger forskningsledaren Björn Wickman, docent vid institutionen för fysik på Chalmers.
Hans forskargrupp har kunnat utforska hur materialet i bränslecellen bryts ned på både nano- och mikronivå, och exakt när och var nedbrytningen sker. Detta ger värdefull information inför utvecklandet av nya och förbättrade bränsleceller med längre livslängd.
– Från att man tidigare bara tittat på hur bränslecellen åldrats efter användning, har vi nu kunnat titta in i mitten av skeendet, säger doktoranden Linnéa Strandberg. Att kunna följa en viss partikel och ett specifikt område ger en mycket bättre förståelse för nedbrytningsprocesserna. Större kunskap om dessa är ett viktigt steg på vägen för att utforma nya material för bränsleceller eller för att justera styrningen av bränslecellen.
Bränsleceller med längre livslängd är ett viktigt mål för att göra vätgasfordon kommersiellt framgångsrika, enligt det amerikanska energidepartementet (DOE). Lastbilar behöver klara 20 000–30 000 timmars körtid, vilket dagens bränsleceller inte uppnår. Nu har forskare, som Björn Wickman, lagt en grund för att utveckla bränsleceller med längre livslängd genom att bättre förstå processerna i cellerna och studera nya material.
Forskargruppen på Chalmers som utvecklat metoden består av doktoranden Linnéa Strandberg och docent Björn Wickman, båda vid institutionen för fysik, Victor Shokhen, tidigare postdoktor vid institutionen för fysik, och Magnus Skoglundh, professor vid institutionen för kemi och kemiteknik.
Källa: Chalmers tekniska högskola