Onderzoekers hebben een waterstof-brandstofcel ontwikkeld met een kleimembraan dat de industriestandaard overtreft en het potentieel heeft om brandstofcellen goedkoper, veiliger én schaalbaar te maken.
Wetenschappers van de Kumamoto University in Japan hebben een solide elektrolyt ontwikkeld op basis van het overvloedige montmorilloniet-klei. Het innovatieve membraan combineert twee cruciale eigenschappen: een uitstekende protongeleiding en een superieure barrière tegen waterstofgas.
Volgens de studie, gepubliceerd in Journal of Materials Chemistry A, kan deze technologie een nieuwe generatie brandstofcellen mogelijk maken die goedkoper, veiliger en milieuvriendelijker zijn dan huidige systemen. “Omdat de grondstof overvloedig en goedkoop is, heeft deze technologie écht potentieel voor schaalbare, eco-vriendelijke energieoplossingen,” zegt professor Shintaro Ida, een van de auteurs van het onderzoek.
Traditionele brandstofcellen aangepakt
Traditionele brandstofcellen hebben vaak beperkte toepassingen omdat de protongeleidende oxiden die ze gebruiken pas bij zeer hoge temperaturen, boven de 500 °C, optimaal functioneren. Dit maakt ze minder geschikt voor compacte, mobiele of veeleisende systemen, waar lagere en variabele temperaturen normaal zijn.
Het team onder leiding van assistent-professor Kazuto Hatakeyama en professor Shintaro Ida ontwikkelde daarom een flexibel solid electrolyte op basis van monolayer silicaat-nanosheets. Dit nieuwe materiaal geleidt protonen efficiënt over een breed temperatuurbereik, van -10 °C tot 140 °C, en biedt zo een oplossing voor de beperkingen van traditionele brandstofcellen.
100x beter dan industrienorm
Het membraan van de onderzoekers onderscheidt zich door zijn unieke dubbele prestatie. Enerzijds geleidt het protonen efficiënt, wat essentieel is voor de stroomopwekking in brandstofcellen. Anderzijds fungeert het materiaal als een uitzonderlijke barrière tegen waterstofgas, die meer dan 100 keer beter presteert dan de industriestandaard Nafion.
Deze combinatie van eigenschappen verhoogt niet alleen de veiligheid aanzienlijk, maar optimaliseert ook de efficiëntie van de brandstofcel en verlengt de operationele levensduur van het systeem, waardoor het een veelbelovend alternatief vormt voor huidige membranen.
Indrukwekkende resultaten
In praktische tests bij 90 °C leverde het membraan een maximale stroomdichtheid van 1080 mA/cm² en een vermogen van 264 mW/cm². Het systeem blijft bovendien stabiel bij zowel extreem lage (-10 °C) als hoge temperaturen (140 °C).
Deze brede temperatuurbereik maakt de technologie geschikt voor uiteenlopende toepassingen: van voertuigen in koude klimaten tot zware industriële of automotive omgevingen waar piekbelasting normaal is.
Goedkoop, schaalbaar én duurzaam
De sleutel tot deze doorbraak is het gebruik van montmorilloniet-klei, een overvloedige en goedkope grondstof. In combinatie met de hoge prestaties en veiligheid kan dit materiaal een belangrijke stap betekenen richting schaalbare en milieuvriendelijke waterstof-brandstofcellen.
Hoewel het materiaal zich nog in onderzoeksfase bevindt, toont het duidelijk het potentieel om de industrie te veranderen: veiliger, efficiënter en goedkoper dan huidige membranen.
Vooruitblik
De volgende stap voor het Kumamoto-team is het optimaliseren van productieprocessen en grootschalige tests. Als de technologie succesvol kan worden opgeschaald, kan dit kleimembraan een belangrijke bouwsteen worden in de energiemix van de toekomst en de adoptie van waterstof als brandstof aanzienlijk versnellen.
