De vraag naar grafiet stijgt naarmate waterstofbrandstofcellen steeds populairder worden

Stel je een toekomst voor waarin de lucht van de stad niet langer verduisterd wordt door de uitlaatgassen van bussen en vrachtwagens, maar in plaats daarvan alleen maar watertemperatuur ziet.Deze visie is geen sciencefiction, het is de opkomende realiteit van waterstofbrandstofceltechnologie.In het hart van deze transformatie van schone energie ligt een bescheiden maar cruciaal materiaal: grafiet.

Waterstofbrandstofcellen zijn een revolutionaire aanpak voor de omzetting van energie.Deze elektrochemische apparaten transformeren de chemische energie in waterstof rechtstreeks in elektriciteit.Dit schone, efficiënte proces maakt ze ideaal voor transport en vaste energietoepassingen.

Op dit moment zijn brandstofcellen de krachtbron van alles, van heftrucks tot onderzeeërs, en dienen ze als primaire en back-up energiebronnen voor commerciële, industriële en woongebouwen.Grafiet van hoge zuiverheid is steeds belangrijker geworden voor drie belangrijke componenten: bipolaire platen, gasdifusielagen en katalysatoren.

Brandstofcellen werken door middel van een elegante elektrochemische reactie tussen waterstof en zuurstof.

• Bipolaire platen (BPs):Deze multifunctionele kernen leiden elektriciteit tussen cellen, beheersen de warmteverdeling en voorkomen gaslekken.
• Gasdifusielagen (GDL):Deze poreuze structuren verdelen waterstof en zuurstof gelijkmatig op het oppervlak van de katalysator, waarbij hun poreusheid en geleidbaarheid van cruciaal belang zijn voor de efficiëntie.
• Katalysatoren en steunstoffen:De edelmetaalkatalysatoren versnellen de reacties, terwijl hun grafietondersteunende elementen het contact met de reagentia maximaliseren en verontreiniging voorkomen.

De unieke eigenschappen van grafiet maken het ideaal voor brandstofceltoepassingen:

• Bipolaire platen:Grafiet van hoge zuiverheid biedt uitzonderlijke geleidbaarheid en thermisch beheer, met name in proton-uitwisselingsmembraanbrandstofcellen (PEMFC's).
• Gasdifusielagen:Grafiet beïnvloedt de porositeit en optimaliseert de gasstroom door de cel.
• Catalyst ondersteunt:Ultra-zuivere grafiet maximaliseert de doeltreffendheid van de katalysator en voorkomt verontreiniging.

De natuurlijke eigenschappen van grafiet passen perfect aan de eisen van brandstofcellen:

• Uitzonderlijke elektrische en thermische geleidbaarheid
• Opmerkelijke chemische stabiliteit in corrosieve omstandigheden
• Lichte eigenschappen die het rendement van het voertuig verbeteren
• Veelzijdige bewerkbaarheid voor complexe onderdelenontwerpen

Hoewel brandstofcellen nul uitstoot, een hoge efficiëntie en een stille werking bieden, blijven er uitdagingen bestaan:

• Hoge kosten van katalysatoren voor edele metalen
• Beperkingen voor opslag en vervoer van waterstof
• Onvoldoende tankinfrastructuur

Duitse onderzoekers hebben koolstofgecoate bipolaire platen van roestvrij staal ontwikkeld die de noodzaak van vergulding wegnemen.Het PEMTASTIC-project van de EU heeft tot doel duurzame membraanelektrode-assemblages te creëren die 20,000 uur werking onder zware omstandigheden.

Internationale samenwerking versnelt de invoering van brandstofcellen:

• De EU-waterstofstrategie beoogt tegen 2030 $2/kg schone waterstof
• 1 miljard euro in Horizon Europe voor partnerschappen voor schone waterstof
• IPCEI-initiatieven ter ondersteuning van innovaties in de waterstofwaardeketen

Zoals het Gemeenschappelijk Centrum voor Onderzoek opmerkt, vereist de overgang naar schone energie een aanpak van de grafietvoorzieningsketens.Met brandstofcelvoertuigen die mogelijk meer grafiet verbruiken dan alle andere toepassingen samen, en de wereldwijde markt groeit met 20,9% per jaar, zal dit bescheiden materiaal een steeds belangrijkere rol spelen in onze duurzame energietoekomst.