Forskarna Björn Wickman och Niklas Lindahl på Chalmers institution för fysik.
Forskarna Niklas Lindahl och Björn Wickman följer processen när den nya nanolegeringen skapas i en vakuumkammare i Chalmers renrum. En ny typ av resurssmarta nanokatalysatorer till bränsleceller kan göra att behovet av den dyrbara metallen platina minskar radikalt. Det banar väg för bränslecellsbilens kommersiella genombrott.
​Foto: Mia Halleröd Palmgren

Nanolegering tio gånger så effektiv som ren platina i bränsleceller

En ny typ av nanokatalysatorer kan ge bränslecellsbilen ett efterlängtat genombrott. Forskningsresultat från Chalmers och Danmarks Tekniske Universitet visar att det går att spara rejält på den dyrbara och sällsynta metallen platina genom att skapa en nanolegering med en ny tillverkningsmetod. Tekniken är dessutom väl lämpad för massproduktion.
–  Det behövs en lösning på nanonivå för att kunna massproducera resurssmarta katalysatorer till bränsleceller. Med vår metod går det bara åt en tiondel så mycket platina för den mest krävande reaktionen. Totalt sett kan det minska platinamängden i en bränslecell med cirka 70 procent, säger Björn Wickman, forskare på institutionen för fysik på Chalmers.
 
Om det är möjligt att nå den effektiviteten i en bränslecell är platinamängden i nivå med vad som används i en vanlig bils avgaskatalysator.
 
– Förhoppningsvis öppnar det för att bränsleceller ska kunna ersätta fossila bränslen och även vara ett komplement till batteridrivna bilar, säger Björn Wickman.
 
Trots att det har funnits bränslecellsbilar i cirka femtio år har utvecklingen inte lett till något kommersiellt genombrott. Katalysatorerna i dagens bränsleceller kräver nämligen stora mängder av platina, som är en av världens dyraste metaller.
 
Tidigare forskning har visat att det går att blanda platina med andra metaller, till exempel yttrium, för att få ner mängden platina i en bränslecell. Trots det har ingen hittills lyckats skapa legeringar mellan dessa metaller i nanopartikelform på ett sätt som kan användas för storskalig produktion. Det stora problemet är att yttriumet oxiderar i stället för att bilda legering med platinan.
 
Den nöten har nu Chalmersforskarna knäckt genom att sammanföra metallerna i en vakuumkammare med hjälp av en teknik som heter sputtring. Resultatet är en nanometertunn film av den nya legeringen som skapar förutsättningar för masstillverkade bränslecellskatalysatorer av platina och yttrium. För att kunna använda det nya materialet behöver dagens bränsleceller ändras något, men det är stora möjligheter som öppnar sig.
 
–  När vi kan använda våra resurser bättre spar vi både på miljön och våra kostnader. Bränsleceller omvandlar kemisk energi till elektrisk energi med hjälp av vätgas och syrgas – med vatten som enda restprodukt. Bränsleceller har en stor potential för hållbara energilösningar när det gäller såväl transporter som bärbar elektronik och energi, säger Niklas Lindahl, forskare på institutionen för fysik på Chalmers.
 Så funkar den nya metoden:
Nanolegeringar av platina (grått) och yttrium (blått) skapas genom så kallad sputtring i en vakuumkammare. Det sker med hjälp av plasma (lila) som riktas mot en bit platina med små fastsatta bitar av yttrium. De nanometertunna legeringsfilmerna omvandlar på ett effektivt sätt syrgas (rött) och protoner (vitt) till vatten. Det är den reaktionen som gör att bränslecellen producerar elektricitet. 
 
Mer information:
Björn Wickman, forskare, institutionen för fysik, Chalmers, 031 772 51 79, bjorn.wickman@chalmers.se
Niklas Lindahl, forskare, institutionen för fysik, Chalmers, 031 772 33 33, niklas.lindahl@chalmers.se


Nya forskningsresultat från Chalmers och Danmarks Tekniske Universitet kan vara en nyckel till resurssmarta bränslecellsbilar. Två av forskarna bakom studien är Björn Wickman och Niklas Lindahl på Chalmers institution för fysik.  Foto: Mia Halleröd Palmgren
 
Artikeln är skriven av Chalmersforskarna Niklas Lindahl, Ligang Feng, Henrik Grönbeck, Christoph Langhammer och Björn Wickman, samt av Eleonora Zamburlini, Maria Escudero-Escribano, Ifan E L Stephens och Ib Chorkendorff från Danmarks Tekniske Universitet.

Publicerad: on 24 maj 2017. Ändrad: on 05 jul 2017