Nicht zu nasse, nicht zu trocken-plasmabehandelte Brennstoffzellen machen es richtig

Anonim

Brennstoffzellen versprechen eine saubere, erneuerbare Energiequelle. Aber sie trocken zu halten, war lange Zeit eine Herausforderung, da sie während der Umwandlung von Wasserstoff und Sauerstoff in Elektrizität Wasser produzieren.

Forscher der University of British Columbia sagen nun, dass sie vielleicht eine Lösung gefunden haben: Vorbehandlung der Elektrode - eine Schlüsselkomponente von Brennstoffzellen - mit ionisiertem Sauerstoffgas oder Plasma.

"Brennstoffzellen brauchen eine kleine Menge Feuchtigkeit, um zu arbeiten, aber zu viel Wasser blockiert den Fluss von Gasen durch die Zelle", sagte der erste Autor der Studie, Benjamin Zahiri, ein Materialwissenschaftler. "Die Plasmabehandlung verändert die Oberfläche der Elektrode, so dass überschüssiges Wasser in die unteren Schichten sinken und abfließen kann, ohne die Zelle auszutrocknen."

Forscher haben die Oberfläche einer Brennstoffzellenelektrode, die poröse Kohlenstoffschichten enthält, für eine Minute ionisiertem Sauerstoffgas ausgesetzt. Durch die Behandlung wurden unterschiedliche Mengen sauerstofftragender Moleküle, die Wasser anziehen, auf der Oberfläche abgeschieden.

"Die oberen Schichten erhielten die meisten Moleküle und die nächsten Schichten erhielten immer weniger Moleküle", sagte Zahiri. "Durch das Erzeugen dieser allmählich abnehmenden" Benetzbarkeit "wird das Wasser von den oberen Schichten bis zu den unteren Schichten abgezogen, von wo es die Zelle verlässt.

"Die Struktur der Kohlenstoffschicht selbst bleibt unverändert."

Die Studie konzentrierte sich auf Protonenaustauschmembran (PEM) -Brennstoffzellen, eine Art von Brennstoffzellen, die üblicherweise für Autos und Lastkraftwagen verwendet werden.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Plasmabehandlung effektiv den Wassertransport in einer PEM-Brennstoffzelle erleichtert", sagte Zahiri. "Andere Wassertransportstrategien wie hydrophobe oder wasserabweisende Beschichtungen sind zu teuer oder zu komplex, als dass sie realisierbar wären."

Die Plasmabehandlung kann laut den Forschern auch leicht in die Herstellung von Brennstoffzellenkomponenten integriert werden.

"Es ist schnell, kostengünstig und in der Fertigung bereits weit verbreitet", sagte der leitende Autor der Studie, Walter Mérida, Professor für Maschinenbau, der das Clean Energy Research Center der UBC leitet. "Es erzeugt keinen chemischen Abfall, also ist es umweltfreundlich."

Das Team untersucht derzeit andere Anwendungen der Plasmabehandlung. Mérida zufolge können Plasmabehandlungen auch andere poröse Materialien verwenden, die bei der Energiespeicherung verwendet werden. Sie können auch in Industrien mit Natronlauge integriert werden, ein Markt im Wert von 80 Milliarden US-Dollar.

Die Forschung wurde kürzlich in Applied Surface Science beschrieben .

menu
menu