Een onderzoeksteam in Korea heeft een keramische brandstofcel ontwikkeld die zowel stabiliteit als hoge prestaties biedt, terwijl de benodigde hoeveelheid katalysator met een factor 20 wordt verminderd. Het toepassingsgebied voor keramische brandstofcellen, die tot nu toe alleen zijn gebruikt voor grootschalige energieopwekking vanwege de moeilijkheden die gepaard gaan met frequente opstart, zal naar verwachting uitbreiden naar nieuwe gebieden, zoals elektrische voertuigen, robotten, en drones.

Dr. Ji-Won Son bij het Center for Energy Materials Research, door gezamenlijk onderzoek met professor Seung Min Han aan het Korea Advanced Institute of Science and Technology (KAIST), heeft een nieuwe technologie ontwikkeld die de verslechtering onderdrukt die wordt veroorzaakt door de reductie-oxidatiecyclus, een belangrijke oorzaak van degradatie van keramische brandstofcellen, door de hoeveelheid en grootte van de nikkelkatalysator in de anode aanzienlijk te verminderen met behulp van een dunnefilmtechnologie.

Keramische brandstofcellen, representatief voor hoge temperatuur brandstofcellen, werken over het algemeen bij hoge temperaturen - 800 °C of hoger. Daarom, goedkope katalysatoren, zoals nikkel, kan in deze cellen worden gebruikt, in tegenstelling tot lage temperatuur polymere elektrolyt brandstofcellen, die dure platinakatalysatoren gebruiken. Nikkel omvat gewoonlijk ongeveer 40% van het anodevolume van een keramische brandstofcel. Echter, aangezien nikkel bij hoge temperaturen agglomereert, wanneer de keramische brandstofcel wordt blootgesteld aan de oxidatie- en reductieprocessen die gepaard gaan met stop-herstartcycli, oncontroleerbare expansie optreedt. Dit resulteert in de vernietiging van de gehele keramische brandstofcelstructuur. Dit fatale nadeel heeft de opwekking van stroom door keramische brandstofcellen voor toepassingen die vaak moeten worden opgestart, verhinderd.

In een poging om dit te overwinnen, Het team van Dr. Ji-Won Son bij KIST ontwikkelde een nieuw concept voor een anode die aanzienlijk minder nikkel bevat, slechts 1/20 van een conventionele keramische brandstofcel. Door deze verminderde hoeveelheid nikkel kunnen de nikkeldeeltjes in de anode van elkaar geïsoleerd blijven. Om de verminderde hoeveelheid nikkelkatalysator te compenseren, het oppervlak van het nikkel wordt drastisch vergroot door de realisatie van een anodestructuur waarbij nikkelnanodeeltjes gelijkmatig over de keramische matrix worden verdeeld met behulp van een dunnefilmafzettingsproces. In keramische brandstofcellen die deze nieuwe anode gebruiken, geen verslechtering of prestatievermindering van de keramische brandstofcellen werd waargenomen, zelfs na meer dan 100 reductie-oxidatiecycli, in vergelijking met conventionele keramische brandstofcellen, die faalde na minder dan 20 cycli. Bovendien, het uitgangsvermogen van de nieuwe keramische anode-brandstofcellen was 1,5 keer verbeterd in vergelijking met conventionele cellen, ondanks de aanzienlijke verlaging van het nikkelgehalte.

Dr. Ji-Won Son zei:"Ons onderzoek naar de nieuwe anodebrandstofcel werd systematisch uitgevoerd in elke fase, van ontwerp tot realisatie en evaluatie, gebaseerd op ons begrip van het falen van reductie-oxidatie, dat is een van de belangrijkste oorzaken van de vernietiging van keramische brandstofcellen."

Dr. Son zei, "Het potentieel om deze keramische brandstofcellen toe te passen op andere velden dan elektriciteitscentrales, zoals voor mobiliteit, is enorm."

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Acta Materialia .