Ett forskarteam hos Volkswagen har nått ett genombrott när det gäller bränsleceller. Det beskrivs som en nyckelteknologi på vägen mot den serietillverkade bränslecellsbilen, som VW tror blir verklighet år 2020.

I korthet betyder den nya tekniken att bränslecellsystem som utvecklas av Volkswagenkoncernen blir mindre, effektivare och billigare. Detta bland annat tack vare nya membran och nya elektroder.

Volkswagens nya högtemperaturmembran för effektivare bränsleceller. KLICKA FÖR STÖRRE

Volkswagenkoncernens forskare har utvecklat en högtemperatur-bränslecell (HT-BC) som är världsunik. Den eliminerar ett stort antal av de nackdelar som finns i de hittills bekanta lågtemperatur- bränslecellerna (LT-BC) som används i nästan alla fordonstyper med detta drivsystem.
Bakom det tekniska genombrottet ligger sju års forskningsarbete, som bedrivits helt självständigt av Volkswagenkoncernens ingenjörer.
Professor Jürgen Leohold, chef för VW-koncernens forskning, kommenterar:
– Högtemperatur-bränslecellen gör hela systemet i bilen lättare, mer kompakt, mer hållbart och billigare. Och det är de avgörande faktorerna för att ge bränslecelltekniken den avgörande knuffen på väg mot serietillverkning.
– 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.

Ett paket (en ”stack”) med högtemperaturbränsleceller i testas i VW-labbet. KLICKA FÖR STÖRRE

Mer i detalj handlar det om att Volkswagen Research utvecklat nya membran och nya elektroder till bränslecellen. Membran, elektroder, celler – det är komponenterna i den mycket komplexa processen att utvinna elektrisk energi från kemisk energi för att driva elmotorn i framtidens bränslecellsbilar.
LT-bränsleceller arbetar med en membrantemperatur på cirka 80 grader Celsius. Om temperaturen stiger markant över detta värde bryts bränslecellens prestanda ner och cellen får skador som inte går att reparera. Därför måste fordon med LT-bränsleceller ha mycket sofistikerade och dyra kylsystem. Enbart själva kylarens yta är vanligen tre gånger större än i en dieselmotor.
I ett lågtemperatursystem 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 kostar 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 de nyutvecklade cellerna leds protonerna via fosforsyra. Denna syra har lika goda elektrolytiska egenskaper som vatten, samtidigt som den har högre kokpunkt. Därför klarar sig HT-BC med betydligt enklare kylsystem och vattenreglering. Detta minskar markant både vikt och kostnader . Bränslecellsystemet kräver också 30 procent mindre fysiskt utrymme i bilen.

En bränslecellsbil tankas med vätgas under tryck. ”Avgaserna” består av ren vattenånga.

När forskarna fått fram den nya typen av membran återstod fortfarande ett problem: precis som i LT-membranen uppstod så kallat ”produktvatten”. Vattnet trängde in i membranen och spolade bort fosforsyran, vilket orsakade avbrott i strömflödet. Fram till denna punkt hade alla försök att göra en fungerande högtemperatur-bränslecell med bekanta material misslyckats. Intensiv grundforskning ledde så småningom fram till insikten att det dessutom var nödvändigt att modifiera elektroderna. Dessa skulle förhindra att ”produktvattnet” trängde in i membranen.
Lösningen: på en speciell screentryckmaskin, liknande de som används inom halvledartekniken, beströk forskarna ett flertal fleece-tygstycken tillverkade av kolfiber med en ny typ av pasta. Dessa nykonstruerade elektroder genomgick sedan omfattande tester i bränslecell-staplar (stackar) och 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 både ekonomiskt överkomliga och fullt fungerande i vardagstrafik