Ikke for våd, ikke for tør – plasmabehandlet brændselscelle får det helt rigtigt

Brændselsceller lover som en ren, vedvarende energikilde. Men at holde dem tørre har længe været en udfordring, da de producerer vand under processen med at omdanne brint og ilt til elektricitet.

Nu siger forskere fra University of British Columbia, at de muligvis har fundet en løsning:at forbehandle elektroden - en nøglekomponent i brændselsceller - med ioniseret oxygengas, eller plasma.

"Brændselsceller har brug for en lille mængde fugt for at fungere, men for meget vand blokerer strømmen af ​​gasser gennem cellen, " sagde undersøgelsens første forfatter Benjamin Zahiri, en materialeforsker. "Plasmabehandling modificerer overfladen af ​​elektroden, så overskydende vand kan synke ned i bundlagene og løbe væk, uden at udtørre cellen."

Forskere blottede overfladen af ​​en brændselscelleelektrode, som indeholder porøse lag af kulstof, til ioniseret oxygengas i et minut. Behandlingen afsatte varierende mængder iltbærende molekyler, som tiltrækker vand, på overfladen.

"De øverste lag modtog flest molekyler, og de næste lag modtog gradvist færre molekyler, " sagde Zahiri. "Ved at skabe denne gradvist faldende 'befugtningsevne', vandet trækkes ned fra de øverste lag til de nederste lag, hvorfra den forlader cellen.

"Strukturen af ​​selve kulstoflaget forbliver uændret."

Undersøgelsen fokuserede på proton-udvekslingsmembran (PEM) brændselsceller, en type brændselsceller, der almindeligvis bruges til biler og lastbiler.

"Vores resultater viser, at plasmabehandling er effektiv til at lette vandtransport i en PEM-brændselscelle, " sagde Zahiri. "Andre vandtransportstrategier som hydrofobe eller vandafvisende belægninger er for dyre eller for komplekse til at være levedygtige."

Plasmabehandling kan også nemt integreres i fremstillingen af ​​brændselscellekomponenter, ifølge forskerne.

"Det er hurtigt, lavpris og allerede udbredt i fremstillingen, " sagde undersøgelsens seniorforfatter, Walter Mérida, en maskiningeniørprofessor, der leder Clean Energy Research Center ved UBC. "Det genererer intet kemisk affald, så det er miljøvenligt."

Holdet udforsker i øjeblikket andre anvendelser af plasmabehandling. Ifølge Mérida, plasmabehandlinger kan virke på andre porøse materialer, der bruges til energilagring. De kan også integreres i kaustisk soda-baserede industrier, et marked til en værdi af 80 milliarder USD.

Forskningen blev for nylig beskrevet i Anvendt overfladevidenskab .