Tilbake til søkeresultatene

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale

Designing new renewable nano-structured electrode and membrane materials for direct alkaline ethanol fuel cell

Tildelt: kr 2,7 mill.

Prosjektresultatene gir nye vitenskapelige og teknologiske konsepter og effektive løsninger i utviklingen av brenselceller, som har blitt identifisert som nøkkelteknologien i et globalt forsøk på å sikre fremtidens industri for ren energi. Brenselceller konverterer direkte kjemisk energi lagret i drivstoff til elektrisk energi gjennom elektrokjemiske reaksjoner, og har som sådan et stort potensial for utvikling av alternative og bærekraftige energisystemer. NanoElMem-prosjektet presenterer en innovativ tilnærming til design og fabrikasjon av materialer for produksjon av direkte alkaliske etanolbrenselceller (DAEFC). Det ble lagt vekt på utvikling av platina (Pt) -frie anodekatalysatorer og nanokomposittmembraner, hvor det ble benyttet miljøvennlige og bærekraftige polysakkarider og uorganiske materialer. Grafens enorme potensial, fra et vitenskapelig og anvendt synspunkt, ble utnyttet som en aktiv komponent i polysakkaridbaserte nanokomposittmembraner. Partnere i prosjektkonsortiet (dvs. det norske universitetet for vitenskap og teknologi og Abalonyx en SME, de slovenske universitetene i Maribor og Nova Gorica og Taiwan Chang Gung University) har utviklet en systematisk arbeidsplan som består av FoU-aktiviteter som fullt ut omfattet hele utviklingsprosedyren til den nye brenselcellen, fra design til selve fabrikasjonen av prototypen. Enda mer, for å komme frem til et innovativt og effektivt produkt innen prosjektets slutt, har arbeidsplanen blitt konstruert rundt de nåværende tekniske hindringene, som begrenser full implementering av brenselceller i kommersiell skala; ved å adressere disse begrensningene direkte, dvs. kostnader, ytelse og holdbarhet. Å redusere kostnadene for eksisterende brenselceller ble oppnådd ved utvikling av svært aktive 30% Pt / CNF, 40% Pd / KB og 40% PdNi / KB etanoloksidasjonsreaksjon (EOR) katalysatorer og edelmetallfritt oksygenreduksjonsreaksjon (ORR) katalysatorer ( Fe-NPC). Alle de tre EOR-katalysatorene viste bedre ytelse (lavere potensial for start og høyere strømtetthet) i EOR enn kommersiell Pt / C i syklisk voltammetri. 30% Pt / CNF er den mest lovende. Den svært effektive EOR-katalysatoren kan redusere bruken av Pt uten å påvirke den elektrokjemiske ytelsen. Mens den metallfrie ORR-katalysatoren kunne eliminere bruken av Pt-katalysator for katoden. Derfor kan kostnadene for brenselcellen reduseres betydelig ved å kamme effektiv EOR og edelmetallfri ORR-katalysator. Når det gjelder ytelse, sliter DAEFC-er hovedsakelig med relativt lav effekttetthet. Dette store tekniske problemet ble løst ved utformingen av ionebyttermembraner med forbedret effektivitet og holdbarhet, samtidig som lave kostnader ble opprettholdt; her ble det brukt biobaserte polysakkaridpolymerer, som fungerte som matrisen for nysyntetiserte (N) -doperte og kvaterniserte grafenoksid (GO) nano-fyllstoffer, som forbedret membranionens ledningsevne, termisk og mekanisk stabilitet, og forhindret etanolovergang tverrbundne membraner. Den høyeste verdien for hydroksydledningsevne, 142,5 ± 4,0 mS cm-1 ved 40 ° C, ble oppnådd for kitosan-Mg (OH) 2-baserte komposittanionbytningsmembraner (AEM) med etanolpermeabilitetsverdi på 6,17 × 10-7 ± 1,17 × 10-7 cm2 s-1 til tross for det relative høye KOH-opptaket (1,43 g KOH / g membran). Chitosan-Mg (OH) 2-baserte AEMs med 0,01 vekt% N-dopet GO-fyllstoff har oppnådd en maksimal effekttetthet på 149 ± 2,2 mW cm-2 ved 80 ° C, som er betydelig høyere enn den for den kommersielle FAA Fumapem. ® og polybenzimidazol med verdier på henholdsvis 11 og 60 mW cm-2. Dette er den høyeste rapporterte effekttetthetsverdien for kitosanbaserte membraner. Oppnådde resultater viser at de oppnådde membranene er lovende AEM-kandidater for direkte bruk av alkohol. Oppnådde resultater viser at de oppnådde membranene er lovende AEM-kandidater for direkte bruk av alkohol. for bruk av direkte alkalisk alkohol brenselceller.

The project has stimulated collaborative efforts and the exchange of Slovenian, Norwegian and Taiwanese students through the project meeting. The project is highly collaborative between the partners, brought together scientists with common interests and complementary skills in sustainable research. It greatly enhanced the long term co-operations between UM, UNG, NTNU and CGU. In this project, Abalonyx has developed a nitrogen doped derivative of graphene oxide which we have successfully scaled up and now commercialized. Abalonyx sales of graphene oxide products has increased by 60 - 80 % each year since 2014 through 2019, partly due to increased volumes of standard graphene oxide and partly from new products developed in funded projects. We are optimistic about the market opportunities for our N-doped GO both for the fuel cell market and other applications.

The increased demand for energy, coupled with concerns about environmental pollution and growing fossil fuel costs have created a great need for clean and efficient power sources and energy storage technologies. Fuel cells directly convert chemical energy stored in fuels into electrical energy through electrochemical reactions, and have been identified as one of the most promising technologies for the clean energy industry of the future. The overall concept of the NanoElMem project relates to developing novel stable and highly effective materials for the direct alkaline ethanol fuel cell (DAEFC), which directly converts ethanol to electric power. The enhancement of the performance of DAEFCs is based on the development of platinum (Pt)-free electrode catalysts and nano-composite membranes by using environmental-friendly inorganic and polysaccharide materials and technologies. The enormous technical and scientific potential of graphene will be explored by producing new graphene-polysaccharide based membranes.

Budsjettformål:

NANO2021-Nanoteknologi og nye materiale