Volkswagenkoncernen har utvecklat en högtemperatur-bränslecell (HT-BC)
som enligt egen utsago är världsunik. Den eliminerar ett stort antal av
de nackdelar som finns i de hittills bekanta
lågtemperatur-bränslecellerna (LT-BC) och som används runt om i världen
i nästan alla fordonstyper med detta drivsystem.
– Högtemperatur-bränslecellen som under sju år
utvecklats hos Volkswagen gör hela systemet i bilen lättare, mer
kompakt, mer hållbart och billigare, säger professor Jürgen Leohold,
som är chef för Volkswagenkoncernens forskning i en kommenterar.
– Vi tror att högtemperatur-bränslecellen är en del
av framtiden. Däremot ser vi inte längre att
lågtemperatur-bränslecellen har någon chans att komma till
serietillverkning.
Mer i detalj handlar det om att Volkswagen utvecklat
nya membran och nya elektroder till bränslecellen. Membran, elektroder,
celler – det är komponenterna som rymmer den exceptionellt komplexa
processen att utvinna elektrisk energi från kemisk energi för att driva
elmotorn i framtidens bränslecellsbilar.
Volkswagens forskare har utvecklat en ny typ av membran, som gör att bränslecellen inte behöver befuktas.
Bortser man från denna komplicerade process och bara tittar på de
nyutvecklade delarna ”membran” och ”elektroder”, erbjuder Volkswagens
system följande fördelar jämfört med lågtemperatur-bränsleceller:
Lågtemperatur-bränslecellerna drivs vid en
membrantemperatur på ungefär 80 grader Celsius. Om temperaturen stiger
rejält ovanför detta värde bryts bränslecellens prestanda ner och
cellen får skador som inte går att reparera. Det är därför som
fordonsprototyper med LT-bränsleceller har extremt sofistikerade och
dyrbara kylsystem. Enbart själva kylarens yta är tre gånger större än i
en dieselmotor.
I ett LT-system måste dessutom tillförseln av vätgas
och luft oavbrutet ”fuktas”, i annat fall kommer produktionen av energi
att bryta ihop, vilket ger permanenta skador på bränslecellen.
Denna befuktning av vattenmolekyler som lagras i
membranen ökar på systemets vikt och äter dessutom upp både utrymme och
pengar. De högtemperatur-membran som Volkswagen utvecklat kan – i
kombination med de nyutvecklade elektroderna – drivas till temperaturer
upp till 120 grader Celsius med bibehållen tillförlitlighet och utan
effektförlust. Och detta utan befuktning. I HT-BC leds protonerna via
fosforsyra. Denna syra har lika goda elektrolytiska egenskaper som
vatten, samtidigt som den har en högre kokpunkt. Det är därför som
HT-BC klarar sig med betydligt enklare kylsystem och vattenstyrning.
Detta reducerar avsevärt både vikt och kostnader. Platsbehovet för
bränslecellsystemet sänks också med mer än 30 procent.
Men fortfarande fanns ett problem som ännu inte var
löst: Precis som i lågtemperatur-membranen uppstod så kallat
”produktvatten”. Vattnet trängde in i membranen och spolade bort
fosforsyran. Detta orsakade ett avbrott i strömflödet. Fram till denna
punkt hade alla försök att göra en fungerande högtemperatur-bränslecell
med bekanta material misslyckats. Intensiv grundforskning hos
Volkswagen ledde så småningom fram till resultatet att förutom nya
membran var det också nödvändigt med speciella modifikationer av
elektroderna. Dessa skulle förhindra att ”produktvattnet” trängde in i
membranen.
Lösningen: På en speciell screentryckmaskin,
liknande de som används inom halvledartekniken, beströk forskarna hos
Volkswagens teknologicenter i Isenbüttel ett flertal fleece-tygstycken
tillverkade av kolfiber med en ny typ av pasta. Dessa nykonstruerade
elektroder genomgick sedan omfattande tester i bränslecell-staplar
(stackar). Resultatet var tydligt: ”Produktvattnet” kunde inte längre
penetrera membranen och späda ut fosforsyran. HT-teknologin är därmed
redo för nästa utvecklingssteg.
En spaning in i framtiden kan se ut så här: Det
utvecklas allt effektstarkare högtemperatur-bränslecellsystem som
förfinas steg för steg och som förväntas driva de första
forskningsfordonen år 2010. Omkring år 2020 kan vi få se de första
Volkswagenbilarna med bränslecellsdrift som är – och det här är helt
avgörande – både ekonomiskt överkomliga och vardagsdugliga.
BREAKING