Uudenlaiset anioneja johtavat kalvot elektrolyysille

Vedyn tuottaminen kustannustehokkaasti ja kestävästi on yksi energiasiirtymän keskeisistä kysymyksistä. Elektrolysaattorien erittäin johtavat kalvot ovat vetyteknologian avainkomponentti.

Fraunhofer Institute for Applied Polymer Research IAP:n tutkimusryhmä yhdessä Zentrum für Brennstoffzellen Technik ZBT GmbH:n kanssa on nyt kehittänyt innovatiivisia anioninvaihtokalvoja (AEM), joiden avulla voidaan alentaa elektrolyysilaitteiden kustannuksia ja hyödyntää vedyn potentiaalia ilmastoneutraalina energialähteenä ympäristöystävällisellä tavalla.

Uusi polymeeriluokka anioninvaihtokalvoille (AEM) on perusta kustannustehokkaalle ja ympäristöystävälliselle vesielektrolyysille.

Fraunhofer IAP:n tutkijat onnistuivat syntetisoimaan uuden luokan lupaavia anioninvaihtopolymeerejä ja valmistamaan niistä kalvoja.

"Membraaneillamme voidaan valmistaa anioninvaihtokalvoisia vesielektrolysaattoreita (AEM-WE), jotka eivät periaatteessa vaadi jalometalleja eivätkä sisällä per- ja polyfluorialkyyliaineita (PFAS). Näin tasoitamme tietä innovatiivisille järjestelmäarkkitehtuureille, jotka ovat sekä edullisia että ympäristöystävällisiä", sanoo tohtori Taybet Bilkay-Troni.

Tällä hetkellä saatavilla olevat kalvot, kuten Nafion- kalvot, perustuvat protoninvaihtokalvoon vesielektrolyysissä (PEM-WE) käytettävään protonin johtumisperiaatteeseen. Tämä vaatii katalyyttejä, jotka on valmistettu kalliista jalometalleista, kuten iridiumista. Nämä kalvot sisältävät myös suuren osan PFAS-yhdisteitä, jotka hajoavat huonosti ympäristössä ja joiden epäillään aiheuttavan syöpää.

Uudet anioninvaihtokalvot puolestaan mahdollistavat elektrolyysin käytön edullisilla siirtymämetalleilla. Ne eivät sisällä PFAS:ia, ja siksi niitä voidaan soveltaa EU:n kemikaaliasetuksen REACH-asetuksen mukaisesti vuoden 2025 jälkeen.

Tähän asti AEM-kehityksestä on puuttunut erittäin johtavia materiaaleja, jotka ovat kemiallisesti stabiileja ja kestävät alkalisten elektrolyysilaitteiden ja polttokennojen olosuhteet. "Olemme nyt kuromassa tätä aukkoa äskettäin kehitetyillä polymeereillämme", Bilkay-Troni selittää. Uusilla PFAS-vapailla polyfenyylikinoksaliineilla (PPQ:t) on erittäin hyvä alkalistabiilisuus.

Elektrolyysikäytössä uudet kalvot saavuttavat 0,5 ampeerin virrantiheyden neliösenttimetriä kohti kahden voltin jännitteellä. Äskettäin kehitettyjen kalvojen hydroksidi-ionien ominaisjohtavuus on noin kahdeksan millisiemeniä senttimetrissä 60 celsiusasteessa ja 95 prosentin suhteellisessa kosteudessa.

"Membraaneja kehitetään edelleen lisäämään niiden anioninjohtavuutta.Tavoitteena on saavuttaa 40 millisiemensiä senttimetriä kohti samoissa olosuhteissa, jotta ne olisivat kilpailukykyisiä esikaupallisten AEM-materiaalien kanssa. Uusien polymeerien avulla olemme hyvällä tiellä parantamaan merkittävästi elektrolyysilaitteiden johtavuutta, vakautta ja siten suorituskykyä visioiva tutkijat.

Aiheesta aiemmin:

Yllätykset tehostavat polttokennoja