Struktur och dynamik i jonvätskebaserade material för nästa generations bränsleceller

Forskningsprojekt, 2013 – 2016

Struktur och dynamik i jonvätskebaserade material för nästa generations bränsleceller. En bränslecell är ett miljövänligt alternativ för omvandlingen av kemisk till elektrisk energi utan produktion av växthusgaser eller på annat sätt farliga ämnen. Även om konceptet bakom bränslecellen har varit känt sedan länge (1839) är det först under de senaste decennierna som den har blivit tekniskt uppmärksammad igen. Låg-temperatur bränslecellen har idag en begränsad verkningstemperatur på 80 °C, eftersom högre temperaturer orsakar dehydrering av det protonledande materialet (elektrolyten). Emellertid skulle en verkningstemperatur över 120 °C innebära en effektivare energiomvandling, en ökad tolerans för kolmonoxidförgiftning, samt ett mindre behov av den dyrbara metallen platina. En sådan utveckling är speciellt intressant då produktionspriset för bränslecellen skulle sjunka betydligt och därmed underlätta dess implementering. Exempel på kommersiella tillämpningar för bränslecellen är i bärbara datorer, mobiltelefoner, bussar och bilar. Än idag är det mest representativa, och även det mest undersökta, protonledande materialet Nafion, en perfluorinerad polymer med avsevärd kemisk och termisk hållbarhet. Problemet med dehydrering vid höga temperaturer är dock inte löst och forskare söker därför efter alternativa elektrolyter som inte avdunstar från cellen. Idag ser man stora möjligheter i så kallade jonvätskor, salter som smälter kring rumstemperatur, är elektrokemiskt stabila och har ett försumbart ångtryck. För att undvika läckage (och för att uppnå god formbarhet) har man försökt innesluta jonvätskor i porösa membran, såsom polymerer, utan att kompromissa avseende protonledningsförmågan.* Min forskning handlar om att studera ett unikt sätt att nano-konfinera jonvätskor i silika. Dessa material är också kända under namnet jongeler (eng. ionogels). Jag vill systematisk studera hur olika typer av jonvätskor påverkar den lokala strukturen i jongelen, och hur denna struktur i sin tur förhåller sig till den lokala dynamiken, i synnerhet till protonledningsmekanismen. En djupare forståelse av dessa aspekter kan leda oss till nya material med optimerade egenskaper, till exempel en tillräckligt hög protonledningsförmåga vid temperaturer över 120 °C. För att studera struktur och dynamik på en nanometerskala kommer jag att tillämpa avancerade spektroskopiska metoder: kärnspinnsresonans (eng. nuclear magnetic resonance: NMR), röntgenspridning (eng. small angle x-ray scattering: SAXS) och vibrationsspektorskopi (Raman och infrarött). NMR- och vibrationspektrometrar finns tillgängliga på Chalmers/Sahlgrenska Akademin medan stora internationella anläggningar där man kan utföra röntgenspridningsexperiment finns till exempel i Frankrike (ESRF och SOLEIL), Sverige (MAX-Lab och snart MAX-IV), och Italien (Elettra). *Som är väsentlig för transporten av väte från anod till katod och därmed för omvandlingen till elektricitet.

Deltagare

Finansiering

Relaterade styrkeområden och infrastruktur

Hållbar utveckling

Drivkrafter

Mer information

Senast uppdaterat