Udvikling af PEM brændselscellestak for små decentrale KV-anlæg

Formålet med projektet var med udgangspunkt i IRD Fuel Cells brændselscelleteknologi at udvikle celler og stakelementer yderligere, for at opnå højere el-virkningsgrad, længere levetid, lavere fremstillingsomkostninger og reducerede krav til totalanlæggets hjælpe-, sikkerheds- og SROsystemer, d.v.s. at bringe PEM brændselscelle kerneteknologiens ydeevne og pris på et niveau, hvor el-producerende anlæg baseret på PEM brændselsceller er kommercielt interessante for kraftvarmeproduktion i kapacitetsområdet på få kW el. Projektet fokuserede på udvikling af materialer og processer for de enkelte celle- og stakelementer, herunder optimering af materialer og fremstillingsprocesser for MEAer med integreret diffusionslag, udvikling af materialer og fremstillingsprocesser for bipolære grafitplader og udvikling af manifoldendeplader for støbning i polymer sandwichkonstruktion. Forgiftning af anoden med CO fra reformergassen kan begrænses ved at bruge Pt/Ru-katalysatorer, men CO indholdet skal være under ca. 100 ppm for ikke, at der opstår permanente skader på katalysatorerne, som vil reducere levetiden væsentligt. Tabet i ydeevne ved CO koncentrationer på 100 ppm og derunder har kunnet reduceres til 30 mV @ 0.3 A/cm2 ved at blande en lille smule luft (2-3 procent) i reformergassen. Samtidig opnås at risikoen for permanente skader ved kortvarige høje CO koncentrationer bliver meget ringe. Den del af luften som ikke bruges til at oxidere CO til CO_2 forbrændes med hydrogen til vand, et tab på ca. 0.5 procent af hydrogenstrømmen. De optimerede MEAer gav en forbedring af ydelse og virkningsgrad til 0.70V - 0.3 A/cm"2 i reformergas med 50 ppm CO og 2 procent luft. Udviklingen af bipolære grafitplader har resulteret i trykstøbte grafitplader med integrerede støbte pakninger. De udviklede grafitplader tillader drift af systemet ved atmosfæretryk, hvilket har medført reducerede krav til systemets luft- og gasforsyning. Endeplader i glasfiberforstærket epoxy inklusiv tilslutningsstudse er blevet udviklet og har medført en væsentlig reduktion i vægt og pris i forhold til de ellers anvendte stålplader. Ud af MEAer og stakelementer er der undervejs i projektet fremstillet forskellige PEMbrændselscellestakmoduler, som er blevet langtidstestet i en 75 procent hydrogen/25 procent carbondioxid gasblanding i mere end 1000 timer med en degraderingshastighed på 4.3 mV/time svarende til en levetid på 24.000 timer. Fra disse resultater blev der fremstillet 1.1 og 2.5 kW brændselscellestakke. 25-celle stakken (1.1 kW) yder 200W – 1300W ved 0.1 – 0.6 A/cm"2 i reformeret naturgas indeholdende 50 ppm CO og 2 procent luft ved atmosfæretryk og 70 grader C. 70-celle stakken (2.5 kW) yder 0.8 W – 3.7 kW ved 0.1 – 0.6 A/cm"2 i reformeret naturgas indeholdende 50 ppm CO og 2 procent luft ved atmosfæretryk og 70 grader C Analyse af fremstillingspriser og markedspriser viste, at projektets resultater vil give en reduktion i fremstillingsprisen på 55 procent fra ca. 70.000 kr/kW til 32.000 kr/kW. Yderligere forbedringer både økonomisk og teknisk er nødvendige og mulige for at kunne kommercialisere de udviklede PEM-kraftvarmebrændselscellestakke.