Voor het eerst is een brandstofcel ontwikkeld die niet alleen elektriciteit opslaat, maar ook waterstof produceert – en dat met zout of vervuild water. Dit maakt de weg vrij voor grootschalige, duurzame energieopslag.
Ingenieurs van de West Virginia University (WVU) hebben een baanbrekende brandstofcel ontwikkeld die het energielandschap ingrijpend zou kunnen veranderen. De nieuwe generatie protonische keramische elektrochemische cellen (PCEC’s) biedt een robuuste en efficiënte manier om duurzame energie op te slaan, om te zetten in elektriciteit en zelfs waterstof te produceren – een combinatie die tot nu toe zelden haalbaar bleek onder industriële omstandigheden.
Volgens de studie, gepubliceerd in Nature Energy, wist de WVU-prototypecel stabiel te functioneren gedurende meer dan 5.000 uur bij temperaturen van 600 graden Celsius, een enorme sprong ten opzichte van de vorige generatie brandstofcellen, die vaak al na 1.800 uur tekenen van slijtage vertoonden.
Van instabiel naar industrieel toepasbaar
De grootste uitdaging bij het opslaan en terugleveren van energie uit wisselvallige bronnen zoals zon en wind, ligt in de robuustheid van het conversieapparaat. Klassieke brandstofcellen en elektrolysers gaan gebukt onder hitte, stoom en thermische schokken. Vooral het combineren van elektrolyse en energieopslag in één apparaat is technisch lastig gebleken.
Daar brengt het team van WVU verandering in met hun zogeheten conformally coated scaffold (CCS) ontwerp. Deze structuur biedt een slimme manier om de elektrolyt, elektroden en katalysatoren met elkaar te verbinden via een dampbestendige, waterabsorberende en warmtebestendige coating. Professors Xingbo Liu en Hanchen Tian, betrokken bij het onderzoek, noemen het een “doorbraak in structurele integriteit” voor PCECs.
Eén systeem, drie functies
Wat deze technologie bijzonder maakt, is haar multifunctionaliteit. De cel kan:
- Stroom genereren, zoals een klassieke brandstofcel;
- Waterstof produceren via elektrolyse;
- Energie opslaan, door als elektrolyser te functioneren wanneer er een overschot is aan hernieuwbare energie.
De mogelijkheid om naadloos te schakelen tussen elektrolyse- en stroommodus maakt dit systeem uitermate geschikt voor een toekomstig energienet waarin vraag en aanbod continu fluctueren. In langdurige tests wist de cel 12-uurs cycli stabiel te doorlopen zonder noemenswaardige prestatievermindering.
Bestand tegen stoom én zout water
De nieuwe CCS-brandstofcel is niet alleen hittebestendig, maar ook uitzonderlijk goed bestand tegen vochtige omgevingen. Waar eerdere PCEC’s bezweken aan materiaaldegradatie door stoom, blijft deze cel juist stabiel. Het geheim? De toepassing van bariumionen om water vast te houden voor protongeleiding, en nikkelionen om de structuur mechanisch te versterken.
Dat betekent ook: minder afhankelijkheid van zuiver water. Dankzij de waterdampwerking werkt het systeem ook met zout of vervuild water. Daardoor is het geschikt voor kustgebieden, afgelegen plekken en maritieme toepassingen.
Klaar voor het net van morgen
De implicaties van deze innovatie zijn verstrekkend. Als het lukt deze technologie op te schalen naar industrieel niveau – iets waar de onderzoekers positief over zijn – dan zou dit een sleutelcomponent kunnen worden in de overgang naar een CO2-neutraal energienet.
In tegenstelling tot lithiumbatterijen of klassieke elektrolysers, kan dit type cel tegelijk energiedrager én opslagmedium zijn, met veel lagere materiaalkosten en langere levensduur.
Duurzame alleskunner
Met de ontwikkeling van deze stoom- en hittebestendige brandstofcel levert WVU een tastbaar alternatief voor traditionele netstabilisatoren en batterijopslag. In een wereld waar flexibiliteit, duurzaamheid en schaalbaarheid cruciaal zijn, is deze technologie een veelbelovende kandidaat om een sleutelrol te spelen in de energievoorziening van de toekomst.
