En australsk forskergruppe med et dansk medlem har fundet en metode til at udskifte den hundedyre katalysator platin i brændselsceller med en ledende polymer, der coates på Gore-Tex.

Teknologien ventes i først omgang at finde anvendelse i metal-luft-batterier, og på længere sigt i køretøjer, hvor brændselsceller kan gøres langt billigere og mere pålidelige.

Forskergruppen har skabt en ny type luft-elektrode, hvor det åndbare Gore-Tex-materiale beklædes på den ene side med et 0,4 mikrometer tyndt lag af stærkt ledende plastic, der virker som katalysator i stedet for platin.

»Goretex virker, ligesom i tøj, som en membran, der tillader gasdiffusion - i dette tilfælde ilt - men ikke flydende vand at passere. På den måde er det med til at give "3-fase-interface" mellem ilt, elektrolyt og katalysator, hvor diffusionsafstandene er nede på nanometerskala,« forklarer den danske forsker, Bjørn Winther-Jensen, i en e-mail til Ing.dk.

Katalysatoren, der snupper førertrøjen fra platin, er den ledende polymer poly-(3,4-dioxythiophene), Pedot.

»Gennem test af batterier med Pedot-katoder blev det klart, at de havde betydelig højere kapacitet, end mængden af Pedot alene kunne give anledning til, og at den supplerende katodereaktion var reduktion af ilt fra atmosfæren,« fortæller Bjørn Winther-Jensen

Valget af membranmateriale faldt naturligt på Gore-Tex, der er en gammel kending for Bjørn Winther-Jensen.

»For at optimere processen var brugen af en hydrofob (vandafvisende, red.) membran oplagt, og da jeg tidligere har arbejdet med metallisering af Gore-Tex på NKT Research Center, var det et materiale, jeg kendte og havde erfaring med at coate,« siger han.

Forsker: Største gennembrud i 20 år
For en af Bjørn Winther-Jensens kolleger ved Monash Universitet, professor Doug MacFarlane fra Australian Centre for Electromaterials Science, er der ingen tvivl om betydningen af den nye membran og katalysator.

Han mener, at Bjørn Winther-Jensen og hans kolleger har gjort det største fremskridt inden for brændselsceller i de sidste 20 år.

»Vores afhængighed af platin gør det mere og mere usandsynligt, at brændselsceller bliver brugt i almindelige personbiler. Prisen på platindelen i nuværende brændselsceller er højere for en lille bil med en elektrisk motor på 100 kilowatt end den samlede pris for en 100-kilowatt-benzinmotor,« forklarer han i en pressemeddelelse fra Monash Universitet.

Professoren peger desuden på, at den årlige produktion af platin på verdensplan kun rækker til omkring tre millioner 100-kilowatt-køretøjer, mindre end en tyvendedel af den årlige, globale produktion af biler.

Næste udfordring: Strømtæthed
Forskerne har prøvekørt den nye elektrode ved 1500 timers vedvarende drift med brint som brændstof. Testen viste, at evnen til at konvertere ilt er i samme liga som platin-baserede elektroder.

Samtidig konstaterede forskerne ingen forringelse af materialet, og det er en væsentlig forbedring i forhold til platin, hvis partikler bliver forurenede og dermed gøres inaktive ved kontakt med kulilte, der findes i rigt mål i udstødningsgas.

Ifølge Bjørn Winther-Jensen ligger næste udfordring i at optimere strømtætheden per areal.

»Vi skal gå fra milliampere per kvadratcentimeter til ampere per kvadratcentimeter for at komme i betragtning til celler i biler. Det betyder, at vi skal have et tykkere lag af aktivt Pedot uden at få væsentlig længere diffusionslængder og ohminsk tab. Der er en pæn del ingeniørarbejde i det,« konstaterer Bjørn Winther-Jensen.

Han gætter på, at teknologien er moden til at gøre sit indtog i almindelige biler om syv-otte år.

»Det afhænger jo også af, om brint faktisk bliver løsningen som energi-transport-medie. Det er som bekendt ikke en ressource, som man kan pumpe op nogen steder,« siger han.

Forskningsresultatet er offentliggjort i tidsskriftet Science.