Nanolegeringar av platina (grå) och yttrium (blå) skapas med hjälp av sputtering i en vakuumkammare. Detta görs genom att rikta plasma (lila) mot en bit platina med små bifogade bitar av yttrium. De nanometertunna legeringsfilmerna omvandlar effektivt syre (rött) och protoner (vitt) till vatten. Det är denna reaktion som får bränslecellen att generera elektricitet. Kredit:Niklas Lindahl
En ny typ av nanokatalysator kan resultera i det efterlängtade kommersiella genombrottet för bränslecellsbilar. Forskningsresultat från Chalmers Tekniska Högskola och Danmarks Tekniske Universitet visar att det är möjligt att avsevärt minska behovet av platina, en ädel och sällsynt metall, genom att skapa en nanolegering med en ny produktionsteknik. Tekniken är också väl lämpad för massproduktion.
Även om det har funnits bränslecellsbilar i ungefär femtio år, framsteg har inte lett till ett kommersiellt genombrott. Katalysatorerna i dagens bränsleceller kräver stora mängder platina, som är en av världens dyraste metaller.
"En nanolösning behövs för att massproducera resurseffektiva katalysatorer för bränsleceller. Med vår metod, bara en tiondel så mycket platina behövs för de mest krävande reaktionerna. Detta kan minska mängden platina som krävs för en bränslecell med cirka 70 procent, säger Björn Wickman, forskare vid institutionen för fysik vid Chalmers tekniska högskola.
Om denna effektivitetsnivå är möjlig att uppnå i en bränslecell, mängden platina som krävs skulle vara jämförbar med vad som används i en vanlig bilkatalysator.
"Förhoppningsvis, detta kommer att tillåta bränsleceller att ersätta fossila bränslen och även vara ett komplement till batteridrivna bilar, säger Björn Wickman.
Tidigare forskning har visat att det är möjligt att blanda platina med andra metaller, som yttrium, för att minska mängden platina i en bränslecell. Ändå, ingen har ännu lyckats skapa legeringar med dessa metaller i nanopartikelform på ett sätt som kan användas för storskalig produktion. Det stora problemet har varit att yttrium oxiderar istället för att bilda en legering med platina.
Ren platina med tunna fasta folier av yttrium har använts för att skapa de nya nanolegeringarna som är tio gånger så effektiva som ren platina i bränsleceller. Kredit:Mia Halleröd Palmgren
Detta problem har Chalmers-forskare nu löst genom att kombinera metallerna i en vakuumkammare med en teknik som kallas sputtering. Resultatet är en nanometertunn film av den nya legeringen som tillåter massproducerade platina- och yttriumbränslecellskatalysatorer.
För att använda det nya materialet, dagens bränsleceller behöver förändras något, men att göra det skapar otroliga möjligheter.
"När vi kan använda våra resurser bättre, vi sparar både miljön och lägre kostnader. Bränsleceller omvandlar kemisk energi till elektrisk energi med hjälp av väte och syre – med vatten som enda produkt. De har en enorm potential för hållbara energilösningar inom transport, bärbar elektronik och energi, säger Niklas Lindahl, forskare vid institutionen för fysik på Chalmers.
