Brandstofcellen zijn complexe elektrochemische apparaten en voor de constructie ervan is een verscheidenheid aan materialen nodig, die elk een cruciale rol spelen in hun functie. Hier volgt een overzicht van de belangrijkste materiaalsoorten:

1. Elektroden:

* Anode: Waar de brandstof (bijvoorbeeld waterstof) wordt geoxideerd.

* Kathode: Waar het oxidatiemiddel (bijvoorbeeld zuurstof) wordt gereduceerd.

* Materialen:

* Metalen: Platina (Pt), Palladium (Pd), Nikkel (Ni), Goud (Au) en legeringen worden vaak gebruikt als katalysatoren vanwege hun hoge activiteit en geleidbaarheid.

* Koolstof: Koolzwart, koolstofnanobuisjes en grafeen bieden een hoog oppervlak en geleidbaarheid.

* Metaaloxiden: Oxiden van overgangsmetalen zoals kobalt, nikkel en mangaan kunnen als katalysatoren of dragers worden gebruikt.

* Keramisch: Sommige keramieksoorten zoals cermets (metaal-keramische composieten) bieden stabiliteit en hoge geleidbaarheid bij hoge temperaturen.

2. Elektrolyt:

* Functie: Geleidt ionen tussen de anode en kathode.

* Typen:

* Protonenuitwisselingsmembraan (PEM): Dunne polymeermembranen (vaak Nafion) die protonen geleiden. Gebruikt in brandstofcellen bij lage temperaturen.

* Alkalisch: Oplossingen van kaliumhydroxide (KOH) of andere alkalische hydroxiden geleiden hydroxide-ionen. Gebruikt in alkalische brandstofcellen.

* Vast oxide: Keramische materialen zoals yttriumoxide-gestabiliseerd zirkoniumoxide (YSZ) geleiden zuurstofionen. Gebruikt in brandstofcellen op hoge temperatuur.

* Gesmolten carbonaat: Een mengsel van gesmolten alkalimetaalcarbonaten geleidt carbonaationen. Gebruikt in brandstofcellen op hoge temperatuur.

* Fosforzuur: Geconcentreerd fosforzuur geleidt protonen. Gebruikt in fosforzuurbrandstofcellen.

3. Scheidingsteken:

* Functie: Scheidt fysiek de anode en kathode terwijl ionentransport mogelijk is.

* Materialen:

* Polymeren: Vaak gebruikt in PEM-brandstofcellen.

* Keramiek: Gebruikt in vaste-oxidebrandstofcellen.

4. Bipolaire plaat:

* Functie: Geleidt elektronen tussen cellen in een brandstofcelstapel en verdeelt reactanten.

* Materialen:

* Metalen: Roestvrij staal, titanium, grafiet en composieten.

* Grafiet: Vaak gebruikt vanwege zijn goede elektrische geleidbaarheid en corrosieweerstand.

* Composieten: Metaal-polymeercomposieten bieden lichtgewicht opties.

5. Pakkingen en afdichtingen:

* Functie: Voorkom lekkages en zorg voor een goede afdichting van de brandstofcelstapel.

* Materialen:

* Elastomeren: Siliconen, Viton en andere hittebestendige polymeren.

* Metalen: Vaak gebruikt in brandstofcellen op hoge temperatuur.

Het kiezen van de juiste materialen voor een brandstofcel hangt af van:

* Bedrijfstemperatuur: Verschillende materialen hebben verschillende thermische stabiliteit.

* Brandstof en oxidant: De chemische compatibiliteit van de materialen met de reactanten is essentieel.

* Prestatievereisten: Geleidbaarheid, oppervlakte en duurzaamheid zijn belangrijke factoren.

* Kosten: Kosteneffectiviteit speelt een belangrijke rol in de commerciële levensvatbaarheid van brandstofcellen.

De ontwikkeling van nieuwe materialen en innovatieve ontwerpen blijft de prestaties van brandstofcellen verbeteren en de kosten verlagen.