Onderzoekers ontwikkelen efficiënte brandstofcel

ENGINEERINGNET.BE - In brandstofcellen worden waterstof en zuurstof met behulp van katalysatoren omgezet in water en elektra. Een veelgebruikte katalysator voor de reductie van zuurstof is platina, een zeldzaam en duur metaal.

Langerman: “We wisten vanuit de natuur dat het koperenzym Laccase, dat in veel schimmels, planten en micro-organismen voorkomt, heel efficiënt zuurstof reduceert. Voor ons vormde dit de aanleiding om een ander kopercomplex, Cu-tmpa, te bestuderen.”

Tot nu toe dacht men dat er twee kopercentra nodig waren die samen één zuurstofmolecuul omzetten naar water, vervolgt hij. “Wij ontdekten dat er maar één katalysatormolecuul nodig was."

"Het positieve van het kopercomplex Cu-tmpa is dat het in korte tijd veel zuurstof kan omzetten. Wel is er veel efficiëntieverlies tijdens de reactie, in de vorm van een overpotentiaal."

Langerman vervolgt: “Je moet dus een balans vinden; wil je snelle katalysatoren, waar je minder per oppervlak van nodig hebt. Of wil je langzamere katalysatoren met een lager potentiaalverlies, waarmee een brandstofcel een hogere spanning kan bereiken.”

"Je kunt ook kijken naar een ander ontwerp van een kopercomplex. Door bijvoorbeeld aanpassingen te doen in het ligandmolecuul, dat is het deel van het kopercomplex Cu-tmpa dat aan het koper bindt, kun je de energietoestand verbeteren. Daar gaan mijn collega’s van het Leids Instituut voor Chemisch Onderzoek mee verder.”

Iets anders verrassends dat Langerman ontdekte, was dat tijdens de omzetting van zuurstof in water bij een bepaalde stroomspanning waterstofperoxide als tussenproduct werd gevormd.

Voor een brandstofcel is dat onhandig. Waterstofperoxide is een reactieve stof die de werking van de katalysator kan verminderen of blokkeren. Maar voor andere toepassingen kan het juist heel nuttig zijn.

“Waterstofperoxide is een veelgebruikte stof in de industrie. Het wordt nu geproduceerd met behulp van een dure palladiumkatalysator. Deze methode kost veel energie en geeft veel afval. Wij doen het ‘gewoon’ in water en zonder palladiumkatalysator.”