Japanse onderzoekers hebben een belangrijke doorbraak bereikt in de ontwikkeling van solid-oxide fuel cells (SOFC’s). Ze hebben een nieuw type brandstofcel ontworpen dat werkt bij slechts 300℃. Een sterke verlaging ten opzichte van de gebruikelijke temperaturen van 700–800℃.
Volgens de studie, gepubliceerd in Nature Materials, hebben de wetenschappers het elektrolyt – het keramische materiaal dat protonen (waterstofionen) transporteert – volledig opnieuw ontworpen. Door bariumstannaat (BaSnO₃) en bariumtitaan (BaTiO₃) te combineren en te doperen met hoge concentraties scandium (Sc), hebben ze een zogeheten “ScO₆-highway” gecreëerd. Deze structuur vormt een brede en zacht trillende doorgang waardoor protonen efficiënt bewegen, zonder dat het materiaal verstopt raakt – een probleem dat eerdere generaties SOFC’s beperkte.
Lagere temperaturen, lagere kosten
Een van de grootste obstakels voor SOFC-technologie is altijd geweest dat ze extreem hoge temperaturen nodig hebben. Dit vereist dure, hittebestendige materialen en maakt de technologie vaak onbetaalbaar. Door de werktemperatuur te verlagen tot 300℃, kunnen materiaal- en productiekosten aanzienlijk dalen.
“Dit opent de deur naar brandstofcellen die voor consumenten én industrie betaalbaarder worden,” zegt professor Yoshihiro Yamazaki, die het onderzoek leidde. “Onze aanpak maakt waterstofenergie veel praktischer.”
De wetenschap achter de doorbraak
Het probleem bij traditionele SOFC-elektrolyten is een paradox: chemische dopants verhogen het aantal beschikbare protonen, maar blokkeren tegelijkertijd de kristalstructuur, waardoor de protongeleiding afneemt. De Kyushu-onderzoekers hebben dit opgelost door een perfecte balans te vinden tussen protonendichtheid en vrije beweging.
Het resultaat: een elektrolyt dat bij 300℃ een protongeleiding bereikt van meer dan 0,01 S/cm, vergelijkbaar met conventionele SOFC’s die werken bij meer dan het dubbele van deze temperatuur.
Breder dan brandstofcellen
De implicaties van dit onderzoek reiken verder dan alleen SOFC’s. Het principe van efficiënte ionenpaden kan worden toegepast op lage-temperatuur elektrolyzers, waterstofpompen en reactoren die CO₂ omzetten in waardevolle chemicaliën. Volgens Yamazaki kan deze strategie de impact van decarbonisatie aanzienlijk vergroten en de toepassing van duurzame energie versnellen.
“Onze bevindingen transformeren een langbestaand wetenschappelijk paradox in een praktische oplossing,” concludeert hij. “Betaalbare waterstofenergie komt zo dichterbij het dagelijks leven.
Brandstofcellen voor de industrie, en voor thuis
Dankzij deze technologische doorbraak kunnen we in de nabije toekomst compactere, efficiëntere en betaalbare brandstofcellen verwachten, geschikt voor zowel industriële toepassingen als mogelijk huishoudelijk gebruik. Waterstof, lang beschouwd als veelbelovend maar kostbaar, kan dankzij dit soort innovaties eindelijk een bredere rol spelen in onze energiemix.
