Aktuellt

polttokennotutkimusta.jpg

Nanoteknologi ger styrka till bränsleceller

20.12.2011

Aalto-universitetets bränslecellsforskning steg in i nanoåldern, när fyra forskningsgrupper i samma campus slog ihop sina kloka huvuden.

Vid Aalto-universitetet bedrivs forskning som är inriktad på optimering av bränslecellernas olika delar och förståelse av olika fenomen. Gruppen som leds av docent Tanja Kallio studerar vid institutionen för kemi bland annat direktmetanolbränsleceller, som har kolelektroder och mellan dessa ett fast polymerelektrolytmembran. Metanolen som matas till anoden oxideras, det vill säga avger elektroner, som vandrar till katoden genom den yttre strömkretsen. Där möts de av reducerad syrgas.

Vägen till en kommersiell tillämpning återstår fortfarande, eftersom vi endast har nått den maximala effekttätheten 50 milliwatt per kvadratcentimeter i cellerna, berättar Tanja Kallio.

För oxidering av metanolen krävs en ädelmetallkatalysator, som fästs vid kolanodens yta. Kallios grupp testar anoder tillverkade av kolnanofibrer och kolnanorör, med vilka man uppnår ett större förhållande mellan yta och volym än med traditionella anoder tillverkade av amorft kolpulver.

”När reaktionsytan är större blir oxidationen effektivare, och det behövs mindre av den dyra ädelmetallkatalysatorn. Kolnanomaterialen är också hållfastare än amorft kol, vilket ökar cellens livslängd.”

Om man lyckas få anodreaktionen att framskrida effektivare, kan man som bränsle använda ämnen med större molekyler än metanol, till exempel bioetanol, eller glycerol som bildas som bioprodukt från biodieselframställning.

Som produkter efter ofullständig oxidation bildas bland annat aldehyder, som man inte vill ha i cellen. När oxidationen är fullständig blir de enda produkterna koldioxid och vatten, och mer energi åstadkoms med en mindre mängd bränsle.

Samarbete är en styrka

Kolnanofibrerna och kolnanorören tillverkas under ledning av professor Esko Kauppinen. Båda består av grafenlager, men i rören tvinnar sig skikten till ihåliga rullar medan skikten i fibrerna packar sig ovanpå varandra. Fibrerna och rören funktionaliseras, till exempel med karboxylsyragrupper, och sedan fäster man på dem nanopartiklar av platina-rutenium som katalysatorer. Forskarna under ledning av professor Outi Krause fäster katalysatorerna på de funktionaliserade kolnanomaterialen genom atomlagertillväxt(ALD)-teknik och professor Sami Franssilas grupp framställer mikrobränsleceller.

”Vi har en utmärkt kedja sammansatt av tillverkarna av materialen och testarna av dem. Det känns bra att samarbeta med folk vid vårt eget campus”, tackar Tanja Kallio. Grupperna hittade varandra inom ramen för Aalto-universitetets MIDE-finansiering. Forskningsprogrammet för digitalisering och energiteknologi – Multidisciplinary Institute of Digitalisation and Energy (MIDE) – har samlat en samarbetskonstellation inom Otaniemi campus, med målsättningen att uppnå synergifördelar vid planering och genomförande av projekten, och för utnyttjande av resultaten.

Författaren är doktor i kemiteknik och arbetar som forskare vid Aalto-universitetet.

maija.pohjakallio [at] aalto [dot] fi

 Direkt från energi till el

I bränsleceller omvandlas den kemiska energin direkt till el. Till skillnad mot förbränningsmotorer innefattar processen ingen omvandling till mekanisk energi, och en högre verkningsgrad uppnås.

Bränslecellernas grunddelar och funktion är av samma typ som i batterier. Cellerna tillförs dock kontinuerligt externt bränsle, medan i batterier för engångsbruk har allt bränsle förpackats vid ett och samma tillfälle.

Bränsleceller kan användas i tillämpningar av många olika slag, såsom i mobiltelefoner och andra bärbara elapparater, i bilar samt vid produktion av el och värme för byggnader.

Ibruktagningen av bränsleceller har skett långsamt på grund av deras höga utvecklings- och produktionskostnader samt bristen på distributionsnät för bränslen. Förhoppningarna på ett kommersiellt genombrott är dock högt ställda, och flera företag, såsom Toshiba, IBM, GM, Toyota, Opel och Honda, har investerat kraftigt i forskning inom området. Daimler strävar efter att lansera en Mercedes-Benz som drivs med vätebränsleceller till försäljning år 2014.

 

 

Tillbaka

Sidansvarig: verkkotoimitus [at] aalto [dot] fi | Senast ändrad: 09.05.2012.