Syntolkning: Doktorander i arbete.
​Doktoranderna Walter Rosas Arbelaez och Caroline Janson deltar i forskningen kring ett material som kan ersätta platina i bränsleceller.

Nytt material för bränsleceller efterliknar kroppens hemoglobin

​Forskare på Chalmers har utvecklat ett material som kan minska kostnaden för bränslecellsstacken i en vätgasbil med upp emot 35 procent. Det högpresterande materialet efterliknar en struktur i hemoglobin, det protein som finns i röda blodkroppar hos människan. Resultaten presenterades nyligen i Journal of Power Sources.
​Det ser ut som pulveriserat kol. Inget avslöjar att det svarta pulvret har egenskaper som gör att det kan tävla med en av världens dyraste metaller. Materialet har tagits fram av forskare på institutionen för kemi och kemiteknik på Chalmers, och dess egenskaper är skräddarsydda för att ersätta ädelmetallen platina i bränslecellens katalysator.
Syntol 
I dagens vätgasbilar står platina för närmare hälften av bränslecellsstackens tillverkningskostnad. Med det alternativa materialet, ett funktionellt poröst kol, skulle denna kostnad kunna minskas med upp emot 35 procent.
 
Platina är en god katalysator, och sökandet efter en ersättare som kan leva upp till förväntningarna har pågått under lång tid. Redan 2002 påbörjade forskargruppen sitt arbete, under ledning av professor Anders Palmqvist.
 
– Vi ser inte platina som ett resursmässigt hållbart alternativ och dess höga kostnad motverkar dessutom storskalig användning av den energieffektiva bränslecellsteknologin, säger Anders Palmqvist.
 

Struktur som återfinns i hemoglobin

Idén till det nya materialet kom delvis från naturen. Närmare bestämt från heme-gruppen i kroppens hemoglobin som består av enskilda järnjoner omgivna av kväveatomer i en organisk molekyl.
 
– Vi bestämde oss för att försöka återskapa en sådan struktur i kombination med ett poröst kol, och att ge materialet aktiva säten liknande heme-gruppen men förankrade i ett poröst och elektrisk ledande syntetiskt kol, berättar Anders Palmqvist.
 
Det första beviset på att principen fungerar kom 2010. Därefter har materialet vidareutvecklats och modifierats för att klara de höga kraven från fordonsindustrin. Temperaturen vid tillverkningen och tillvägagångssättet när materialet appliceras som katod i bränslecellen är några av de faktorer som spelar stor roll för den färdiga cellens prestanda.
 

Redo för tester i hel bränslecellstack

Många års finslipning har nu lett till så hög prestanda i en enskild bränslecell att tiden är mogen att undersöka hur olika driftbetingelser påverkar prestandan i en hel bränslecellstack. Hur bränslecellen körs är nämligen avgörande, men svårt att testa på en enskild cell. Testerna kommer att genomföras på Chalmers och i samverkan med Powercell AB.
 
Går testerna bra är användning av det nya materialet i ett verkligt fordon inte långt borta, tror Anders Palmqvist.
 
– Steget från enskild cell till bränslecellstack är större än från storskaliga tester till verkliga tillämpningar. Och intresset från industrin är stort.
 

Den 18 maj 2018 presenterar doktoranden Caroline Janson sin avhandling som behandlar de aktiva sätenas utseende och funktion, samt hur framställningen av materialet kan förbättras.
 
 
FAKTA Om materialet
Materialet som tagits fram på Chalmers tillverkas som ett pulver. För applicering i bränsleceller blandas pulvret med lösningsmedel till ett bläck som trycks på ett av skikten i bränslecellen. Patent söktes 2010, idag är det godkänt i fem länder.
 
FAKTA En bränslecellsstack och katalysatorns uppbyggnad
  • Katalysatorn i en bränslecellskatod behöver vara elektriskt ledande och innehålla katalytiskt aktiva säten, vilka binder till sig de reagerande syremolekylerna och gör det enklare för dem att reagera och sedan lossna.
  • Katalysatorn bör också vara porös, för att ge plats till fler aktiva säten och för att syret ska kunna komma fram till de aktiva sätena, samt för att det vatten som bildas vid den katalytiska reaktionen ska ledas bort effektivt.


Illustration bränslecellskatalysator_600px.jpg 

En bränslecellsstack och katalysatorns uppbyggnad. Bild: Caroline Janson



KONTAKT
För mer information om projektet kontakta Anders Palmqvist, 031 772 29 61.
 
MER INFORMATION
 
 

Publicerad: ti 15 maj 2018. Ändrad: on 30 maj 2018