05. november 2010

Ny brændselscelle-katalysator sænker behov for ædelmetal

Brændselsceller kunne skabe et gennembrud for elektriske biler. De kan nemlig tankes lige så nemt og hurtigt som benzinslugeren. Men der er en barriere. Nuværende brændselsceller kræver platin for at fungere. Og det er dyrt.
Nu har kemikere fra København, Potsdam og Hanau taget det første skridt hen mod brændselsceller, der kan fungere med et minimum af det kostbare metal.

Af Jes Andersen

Matthias Arenz er førende i test af katalysatorer til brændesceller

Test på problemknuser

På Københavns Universitet har Matthias Arenz specialiseret sig i at teste de katalysatorer, der gør det egentlige arbejde i en brændselscelle. Han indså, at hans testevner ville komme på en særlig prøve, da han blev præsenteret for en såkaldt kerne/skal katalysator (core shell catalyst). Den var udviklet for fabrikanten Umicore af kemikeren Dan Goia på Clarkson Universitetet i staten New York. Og den forsøgte at løse et centralt problem.

Et spørgsmål om overflade

Katalysatoren i en brændselscelle tapper elektrisk strøm fra en kemisk reaktion, hvor ilt og brint smelter sammen til vand. Reaktionen finder sted på overfladen af platinen, så jo mere overflade, jo mere elektricitet.
I en traditionel brændselscelle får man den størst mulige overflade ud af det kostbare metal ved at pulverisere platin og montere partiklerne i et gitterværk af kulstof. Men der er et par ting der kan gå galt. Hvis partiklerne bliver for små, kan de begynde at klumpe sammen, så de mister evne til at omsætte ilt og brint. Med tiden kan det kulgitter partiklerne sidder i også brænde sammen. Det fører også til sammenklumpning af platinen. Og større klumper giver mindre overflade... Og dermed mindre strøm.

Undgår klumper

Større kugler ville kunne undvære kulgitteret, og være mindre tilbøjelige til at klumpe. Til gengæld ville de kræve langt mere platin at fremstille. Ind til nu.
Den nyskabende katalysator fra Umicore har løst problemet ved at overtrække størree kugler af et mindre kostbart materiale med et tyndt lag platin. Hvis sådan nogle kugler undgår klumpeproblemet burde de blive ved med at producere elektricitet ved højeste kapacitet meget længere end de småpartiklede celler.

Molekylær nål i nano høstak

Desværre er det svært at afgøre om platinboldene klumper eller ej, forklarer Matthias Arenz.
"Vi finder et individuelt platin-partikel under elektronmikroskopet. Så tester vi cellen, og når vi har pumpet gasser hen over katalysatoren, så er der lidt "nål i høstak" over at finde det samme partikel igen. Men vi har vores metoder", smiler Arenz.

Fuld damp med større kugler

Efter en række afprøvninger kan Dr. Arenz konkludere at "stor-kugle" katalysatoren beholder fuld produktionskraft. Katalysatoren producerer samme mængde elektricitet som modellerne med knust platin. Men med større kugler er det sandsynligt, at den beholder sin produktionskapacitet, hvor de andre mister pusten, i takt med at platinpulveret klumper.

Dyrt hjerte

Kun et problem står tilbage. Det mindre kostbare metal, som har fået platinhud er... Guld.
"Dan Goia og Umicore har som de første vist, at det overhovedet er muligt at lave de her tynde platinskaller ved hjælp af simpel og billig kemi. Nu skal de bare vise, at de kan gøre det samme på kugler af et noget billigere materiale. Men så er jeg også sikker på, at mine undersøgelser vil vise, at de billige og effektive brændelsceller er stærkt på vej", slutter kemikeren Matthias Arens.