A Nature Energy című szaklapban megjelent tanulmányban a kutatócsoport arról számol be, hogy a hornyolt elektródák standard működési feltételek mellett akár 50%-kal nagyobb teljesítményt nyújtanak, mint a legkorszerűbb hagyományos elektródák.

A barázdált elektróda kialakítása lehetővé teszi, hogy az oxigén és a protonok szállítása külön barázdákba, illetve gerincekbe osztható legyen, ami mindkét molekula gyorsabb mozgását, és ezáltal nagyobb teljesítményű üzemanyagcellát tesz lehetővé.

A barázdált elektródák kialakításának előrelépése segíthet optimalizálni a következő generációs üzemanyagcella-technológiát a károsanyag-kibocsátásmentes közepes és nehézgépjárművek meghajtására.

Volt egy elméletünk arról, hogy az elektródák tervezésének újragondolásával jobb teljesítményt érhetünk el. Az egyik legnagyobb tanulságunk az, hogy a teljesítmény javításának nem az újszerű anyagok jelentik az egyetlen útját. Az anyagok összeállításának módja ugyanolyan fontos lehet.

Mindössze annyit tettünk, hogy a hagyományos, kereskedelmi forgalomban kapható anyagokat vettük, és megváltoztattuk az összerakás módját, hogy megváltoztassuk a mikroméretű architektúrát, és ez lényegesen nagyobb teljesítményt eredményezett.

—Jacob Spendelow levelező szerző

Spendelow és laboratóriumi munkatársai olyan barázdált elektródialakítást fejlesztettek ki, amely javítja az oxigén és a protonok szállításának hatékonyságát az eszközön keresztül. A csoport az eszközt a Laboratórium Integrált Nanotechnológiák Központjában állította elő, ahol az elektródok előállításához szükséges szilícium sablonok mintázásához mikrométeres (egy milliméter ezredrésznyi) fotolitográfiát és mély reaktív ionmaratást alkalmaztak. Az így kapott elektróda magas ionomer-tartalmú katalizátorgerincekből áll, amelyeket üres barázdák választanak el egymástól, amelyeken keresztül a protonok és az oxigén hatékonyabban mozognak a rendszerben.

A csapat diagnosztikája, kombinálva a multifizikai modellezéssel és szimulációkkal, bizonyította a jobb oxigénszállítást. A gépi tanulás lehetőséget kínált a multifizikai modellezés számításainak irányítására is, ami számítási időt takarított meg. Figyelemre méltó, hogy a barázdált elektródák a tartósságot is javították, még a szénkorrózió után is.

A barázdált elektródák megközelítése egyike a Los Alamos-i üzemanyagcella-program számos újszerű tüzelőanyagcella-konstrukciójának.

Az eredeti üzemanyagcella membránelektróda szerelvényt több mint 30 évvel ezelőtt találták fel Los Alamosban, de a ma használt üzemanyagcella kialakítása alig változott. Ez a hornyolt elektróda az egyik első olyan alternatív elektróda, amely helyettesítheti a történelmi Los Alamos-i elektródát.

—Jacob Spendelow

Az üzemanyagcella-csapat továbbfejleszti a hornyolt elektródák kialakítását, és különösen a gyártásspecifikus kutatás-fejlesztésbe kíván bekapcsolódni. Hosszú távú cél a gyártás méretnövelése, hogy a nagy sebességű és alacsony költségű gyártást lehetővé tevő tekercseléses gyártóberendezésben lehessen alkalmazni.

Ő.P.

Cikkünk megírását az InterCars támogatta.