Typer af brændselsceller

Der findes flere forskellige typer brændselsceller, men de har alle det til fælles, at de består af en elektrolyt og to elektroder (en anode og en katode) ligesom en celle i et traditionelt batteri.

Der er fem hovedtyper, som benævnes efter arten af deres elektrolyt, men siden udarbejdelsen af den overordnede strategi for udvikling af brændselscelleteknologi i Danmark i 2003 har den danske forskning og udvikling været koncentreret om to hovedtyper: Den polymere PEM og den keramiske SOFC. 

Den alkaliske brændselscelle (AFC)

Den alkaliske brændselscelle (AFC) har en elektrolyt, der består af vandigt kaliumhydroxid (KOH), mens både anode og katode består af porøst nikkel. Driftstemperaturen er 100 °C, men anvendelsen af AFC begrænses af, at den forudsætter helt ren brint og renset luft, da elektrolytten ikke tåler CO2.

Fosforsyrebrændselscellen (PAFC)

Fosforsyrebrændselscellen (PAFC) har en elektrolyt af koncentreret ortofosforsyre H3PO4, mens anode og katode består af grafit med en platinkatalysator. Driftstemperaturen er 150-200 °C.

PAFC er robust over for CO2 og tåler CO og kulbrinter i lave koncentrationer. Der findes kommercielle PAFC-systemer internationalt, bl.a. til energiforsyning af hospitaler, skoler og hoteller samt som nødstrømsanlæg.

Polymer brændselscelle (PEM)

PEM anvendes internationalt som forkortelse for en polymer brændselscelle, der enten betegnes Proton Exchange Membrane Fuel Cell eller Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell. Den har en protonledende polymer som elektrolyt, mens anode og katode består af grafit med en platinkatalysator.

PEM brændselsceller opdeles i tre undertyper:

Lavtemperatur-PEM (LT-PEM), der arbejder ved temperaturer under 100 °C, da membranen skal være mættet med vand. Temperaturen er sædvanligvis 80 °C. Den er velegnet til at anvende brint fremstillet af el fra vedvarende energi og spås et stort potentiale både inden for mikrokraftvarme og transportformål.

Højtemperatur-PEM (HT-PEM) arbejder i temperaturområdet 180-200 °C og kan derfor anvende flere typer brændsel og har et potentiale for lavere systemomkostninger. HT-PEM er i de senere år blevet en dansk spidskompetence.

En variant af LT-PEM er direkte methanol brændselscelle (DMFC), der er særligt velegnet til transportformål og mobile anvendelser, da den benytter methanol (træsprit) som brændsel. Methanol er et flydende brændsel, der er let af lagre og distribuere.

Den danske teknologiudvikling inden for de tre PEM-typer står stærkt internationalt.

Smeltet carbonat brændselscellen (MCFC)

Smeltet carbonat brændselscellen (MCFC) er en af de to højtemperatur-brændselsceller, som der satses på at udvikle internationalt. Elektrolytten består af et smeltet carbonat salt, f.eks. KLiCO3, mens anoden er porøst nikkel og katoden består af nikkeloxid (NiO)sammen med lithiumoxid (Li2O).

Med en driftstemperatur omkring 650 °C kan MCFC anvende både naturgas og CO, men den flydende saltsmelte er stærkt korroderende og udgør den største forskningsmæssige udfordring. Japan og Korea satser stærkt på at udvikle MCFC-systemer til store, centrale kraftværker.

Fastoxid-brændselscellen (SOFC)

Fastoxid-brændselscellen (SOFC) er den højtemperatur brændselscelle, som der satses på i den danske teknologiudvikling. SOFC har en keramisk elektrolyt, der kan lede iltioner.

Den består oftest af yttrium-stabiliseret zirkonia (YSZ), mens anoden er af en nikkel-cermet, og katoden kan være LSM. Driftstemperaturen for keramiske SOFC-brændselsceller ligger omkring 750-800 °C, og SOFC kan derfor anvende både naturgas og CO.

Den faste elektrolyt er let at håndtere, og SOFC har i demonstrationsanlæg vist høje elvirkningsgrader (over 50 %) og lang levetid (over 10.000 timer). Der forskes aktuelt i at anvende metaloxider som elektrolytmateriale, da det kan bane vej for lavere driftstemperaturer (ned til omkring 500-550 °C) og lavere anlægsomkostninger. Den danske SOFC-teknologiudvikling er internationalt førende.


 

Kilde: Risø-DTU

 

Sidst opdateret: 04-08-2015