Profesor POSTECH Yong-Tae Kim i jego zespół zwiększają trwałość wodorowych ogniw paliwowych dzięki powłoce z tlenku wolframu.
Przy zakupie smartfona jednym z głównych czynników jest zazwyczaj znalezienie wytrzymałego etui i osłony ekranu, aby zabezpieczyć urządzenie przed uszkodzeniami zewnętrznymi. Podobnie, grupa badaczy z POSTECH zwróciła ostatnio uwagę świata akademickiego, wprowadzając powłokę wolframową, która działa jak tarcza, podobnie jak te ochronne etui i folie, dla ekologicznych elektrod wodorowych ogniw paliwowych.
Profesor Yong-Tae Kim z Wydziału Materiałoznawstwa i Inżynierii oraz Graduate Institute of Ferrous & Eco Materials Technology wraz z Sang-Hoon You, doktorantem z Wydziału Materiałoznawstwa i Inżynierii na Pohang University of Science and Technology (POSTECH), nałożyli warstwę tlenku wolframu (WO3) na zespół membrana-elektroda (MEA)*1, kluczowy element wodorowych ogniw paliwowych. Innowacja ta ma na celu zwiększenie wydajności i sprawności elektrody.
Ich badania zostały docenione i znalazły się na okładce prestiżowego czasopisma Science Advances.
Niezamierzona reakcja degraduje ogniwo
W kontekście pojazdów wodorowych, gdy są one uruchamiane lub nagle zatrzymywane (rozruch/wyłączenie, SU/SD), do pojazdu zasysane jest powietrze z zewnątrz. Tlen obecny w tym powietrzu wyzwala niezamierzoną reakcję elektrochemiczną w ogniwie paliwowym, przyspieszając degradację katalizatora. Biorąc pod uwagę charakter warunków jazdy, częste występowanie SU/SD jest nieuniknione, co prowadzi do znacznej degradacji katalizatora.
Aby sprostać temu wyzwaniu, zespół wykorzystał koncepcję przejścia metal-izolator (MIT). MIT to zjawisko, w którym izolator staje się zdolny do przewodzenia prądu elektrycznego pod wpływem czynników zewnętrznych, takich jak zmiany stężenia lub temperatury otaczającego gazu. WO3 posiada unikalną właściwość selektywnego przewodzenia prądu elektrycznego w miarę interkalacji/dezinterkalacji protonów poprzez wykorzystanie zjawiska MIT. Aby rozwiązać ten problem, zespół nałożył powłokę WO3 na warstwę katalizatora na anodzie MEA. W normalnych warunkach operacyjnych powłoka ta utrzymuje przewodność elektryczną. Jednak selektywnie blokuje przepływ prądu wyłącznie w warunkach rozruchu/wyłączenia (SU/SD), zapobiegając reakcjom elektrochemicznym prowadzącym do korozji katalizatora.
Kiedy MEA pokryty WO3 został włączony do rzeczywistego ogniwa paliwowego, katalizator pozostał wolny od korozji podczas zdarzeń SU/SD, wykazując imponujący wskaźnik utrzymania wydajności na poziomie 94%. Opracowana przez zespół technologia, polegająca na zastosowaniu WO3 na MEA, nie tylko zwiększa trwałość ogniwa, ale także oferuje korzyści wynikające z integracji z istniejącym procesem masowej produkcji MEA.
– Ta innowacja bezpośrednio i znacząco przyczyni się do zwiększenia trwałości pojazdów napędzanych wodorowymi ogniwami paliwowymi. Co więcej, można ją łatwo zastosować w procesach masowej produkcji MEA, upraszczając jej praktyczne wdrożenie – skomentował profesor Yong-Tae Kim zauważył.
Artykuł źródłowy: Sang-Hoon You, Sang-Mun Jung, Jinheon Park, Jaerim Kim, Jong Kyu Kim, Junwoo Son, Yong-Tae Kim. Enhancing durability of automotive fuel cells via selective electrical conductivity induced by tungsten oxide layer coated directly on membrane electrode assembly. Science Advances, 2023; 9 (39) DOI: 10.1126/sciadv.adi5696
1* Zespół elektrody membranowej (MEA)
Podstawowy element ogniwa paliwowego odpowiedzialny za przekształcanie energii chemicznej wodoru i tlenu w energię elektryczną.
Źródło: POSTECH
