Advanced, high perFoRmance and durable catalytIC layers for PEM fuel cells using non-carbon support mATerials.

Nesten alle verdens store bilprodusenter har lovet å kommerisailisere brenselcellebiler i løpet av de neste årene. Toyota lanserte sin Mirai brenselcelle sedan i Japan sent 2014 og de første bilene ble levert til California og Europa i 2015. Hyundai tilbyr også sine ix35 brenselcelle CUV og Honda har avduket sin FCV Clarity. I siste versjon av brenselcellene, brukes omtrent 30 g platinakatalysator eller fire til fem ganger mer enn det som er brukt i katalysatorene i nye dieselbiler . Kostnaden for 30g platina er ca 10 000 kroner, fortsatt for høyt for å oppnå konkurransedyktige priser og mengden av platina brukes må reduseres til om lag 20-25% av dagens nivå. AFRICAT-prosjektet har bidratt til å få til denne reduksjonen ved å utvikle metoder for å lage mer stabile katalysatorbærere basert på tinnoksid som gjør Pt katalysatoren mer robust. Metodene er utviklet i et samarbeid mellom forskere ved SINTEF og Univeristy of Cape Town og de nye materialene testes nå i brenselceller ved begge institusjonene. Arbeidet har vært fokusert på å utvikle oppskalerbare metoder for produksjon av materialer med rett størrelse og sammensetning og metoder for å lage gode brenselceller av disse. Katalysatorene utviklede innom Africat prosjektet har vist bra levetid i brenselcelle testinger, men den katalytiske aktiviteten er fortsatt ikke like god jamført med konvensjonelle katalysatorer. Nylig har en ny syntesemetodikk blitt utviklet av SINTEF, syntesen består av "one-pot syntese" av Pt og oksider med Fame Spray Pyrolyse. Disse katalysatorer har forbedret ytelse sammenlignet med andre syntesemetodikk. Men det er fortsatt noen få gjenstående problemer som skal løses. Mer arbeid er planlagt før o førbedra diss aktivitet. Samarbeidet mellom SINTEF og UCT har fortsatt vært utmerket. Basert på flere besøk til SINTEF, har masterstudenten(Thulile Khoza) fått inspirasjon til å fortsette med PhD studier ved UTC. Som en del av dette PhD studiet er nye besøk til SINTEF allerede planlagt i slutten av dette året/begynnelse av 2017. Thulile vil da bli en del av forskningsaktiviteten i det nye FME-senteret MoZEES og det er planer om å invitere UCT inn som en internasjonal samarbeidspartner i dette senteret. SINTEF har også invitert forsker Graham Smith fra UTC for et besøk i mars for å diskutere fremtidig samarbeid.

Reliable and sustainable energy supply for the future is a major reason for concern around the globe. Polymer electrolyte fuel cells (PEFCs) are the leading option in moving towards efficient and environmental friendly energy conversion systems. Although PEFCs are one of the most promising and best developed alternative technologies, major advancements still need to be made before production at a commercially viable scale is possible. The two main challenges are durability and the cost related to the high amounts of platinum (Pt) required at the cathode to carry out the oxygen reduction reaction sufficiently fast. Research activities are therefore focused on developing catalysts and catalyst layers with higher stability and higher Pt utilization. The pre sent proposal aims to develop technology to prepare fuel cells with catalyst layers based platinum supported on inorganic materials. This type of catalysts has shown great promise as an alternative to typical Pt/C catalysts, however preparing catalyst lay ers with inorganic support materials remains a challenge. The project is divided in 4 workpackages. First the preparation of platinum supported on inorganic materials using different techniques will be evaluated. The best performing of these catalysts wi ll then be used to produce catalyst layers for lab-scale sized MEAs. This will require a thorough analysis of the ink characteristics when using inorganic materials. The resulting MEAs will then be tested for performance and durability. In the final workp ackage the best performing MEA will be prepared at tested in a commercially relevant size (200 sqcm) The goals set out in this proposal can only be reached by close collaboration of two groups already focused on related topics. In this partnership SINTEF and the HySA/Catalysis Centre of Competence at the University of Cape Town will combine strong research activities around electrochemistry and fuel cells.