Superfunktionella jonvätskor för hållbar och ren energi

Forskningsprojekt, 2017 – 2021

Transport- och energiförsörjningen står för 39% av det globala växthusgasutsläppet, som till 57% består av CO2. Samtidigt som energibehovet ökar, minskar de tillgängliga energikällorna, särskilt fossila bränslen. Visionen "Ett hållbart samhälle" har lett till politiska satsningar med uppmärksamheten riktad mot förnybara energisystem. Parallellt med förnybara lösningar som kan baseras på sol-, vind-, eller vågkraft, måste man också utveckla rena former av energiförsörjning. Bränslecellen är ett exempel på ren teknologi, som kan omvandla kemisk energi till elektricitet då vätgas (H2) och syre (O2) reagerar för att producera endast vatten (H2O). Ingen form av utsläpp är alltså kopplat till denna teknologi. Trots att bränslecellen kan tillämpas i både transportsektorn (för att driva bilar, cyklar, lyftmaskiner etc) och som bärbar laddare (av till exempel mobiltelefoner) har den ännu inte nått den stora marknaden. En anledning till denna begränsade framgång är den kostsamma produktionen av bränslecellens komponenter. Katalysatorn som idag används för att splittra H2O till protoner (H+) är ren platinum (Pt), en sällsynt och dyr metall. Membranet som idag används för att leda protonerna är en perfluorinerad plymer (Nafion), som också kräver kostsamma processer för att framställas.

Det behövs alltså billiga och smarta lösningar på nya material för att lyfta bränslecellens potential så att den kan nå en bredare marknad och komma till nytta i omställningen till ett hållbart energisystem. Min strategi är att hitta alternativa material till Nafion. I synnerhet vill jag skapa och använda membraner av silika, som kan utvecklas till en porös och samtidigt extremt stark bärande struktur. Silika har den kemiska formeln SiO2, och Si är ett av de mest tillgängliga ämnen på vår jord. Nanoporös silika vill jag sedan fylla med en protisk jonvätska, vars molekylär struktur skall designas för en selektiv protonledning.

Kombinationen nanoporös silika och protisk jonvätska är unik, varför projektet kommer att vara utmanande. Samtidigt kommer våra resultat att revolutionera både synen på silika som funktionell material för energitillämpningar, och prestanda för bränslecellen vid temperaturer högre än 120 °C. För att lyckas med detta projekt kommer jag att samarbeta tätt med AkzoNobel, rekrytera personal med kunskaper i både kemi och fysik, samt använda en variation of ex-situ och in-situ experimentella metoder, med fokus på vibration- och NMR spektroskopi.