Brandstofcellen zijn veelbelovend als een schone, hernieuwbare energiebron. Maar ze droog houden is al lang een uitdaging, omdat ze water produceren tijdens het proces van het omzetten van waterstof en zuurstof in elektriciteit.

Nu zeggen onderzoekers van de University of British Columbia dat ze misschien een oplossing hebben gevonden:de elektrode - een belangrijk onderdeel van brandstofcellen - voorbehandelen met geïoniseerd zuurstofgas, of plasma.

"Brandstofcellen hebben een kleine hoeveelheid vocht nodig om te werken, maar te veel water blokkeert de gasstroom door de cel, " zei de eerste auteur van de studie, Benjamin Zahiri, een materiaalwetenschapper. "Plasmabehandeling wijzigt het oppervlak van de elektrode zodat overtollig water in de onderste lagen kan zinken en wegvloeien, zonder de cel uit te drogen."

Onderzoekers hebben het oppervlak van een brandstofcelelektrode blootgelegd, die poreuze lagen koolstof bevat, tot geïoniseerd zuurstofgas gedurende één minuut. De behandeling zette verschillende hoeveelheden zuurstofdragende moleculen af, die water aantrekken, op het oppervlak.

"De bovenste lagen kregen de meeste moleculen en de volgende lagen kregen steeds minder moleculen, " zei Zahiri. "Door deze geleidelijk afnemende 'bevochtigbaarheid' te creëren, het water wordt van de bovenste lagen naar de onderste lagen gezogen, van waaruit het de cel verlaat.

"De structuur van de koolstoflaag zelf blijft ongewijzigd."

De studie richtte zich op protonenuitwisselingsmembraan (PEM) brandstofcellen, een type brandstofcellen dat veel wordt gebruikt voor auto's en vrachtwagens.

"Onze resultaten laten zien dat plasmabehandeling effectief is in het vergemakkelijken van watertransport in een PEM-brandstofcel, " zei Zahiri. "Andere strategieën voor watertransport zoals hydrofobe of waterafstotende coatings zijn te duur of te complex om levensvatbaar te zijn."

Plasmabehandeling kan ook gemakkelijk worden geïntegreerd in de productie van brandstofcelcomponenten, volgens de onderzoekers.

"Het is snel, goedkoop en al veel gebruikt in de productie, " zei de senior auteur van de studie, Walter Merida, een professor werktuigbouwkunde die aan het hoofd staat van het Clean Energy Research Center bij UBC. "Het genereert geen chemisch afval, dus het is milieuvriendelijk."

Het team onderzoekt momenteel andere toepassingen van plasmabehandeling. Volgens Merida, plasmabehandelingen kunnen werken op andere poreuze materialen die worden gebruikt bij energieopslag. Ze kunnen ook worden geïntegreerd in bijtende soda-gebaseerde industrieën, een markt met een waarde van 80 miljard dollar.

Het onderzoek is onlangs beschreven in Toegepaste oppervlaktewetenschap .