Raziskave in razvoj inovativnih tehnologij izdelave vodikovih gorivnih celic za zeleno mobilnost

Gorivne celice so kot vir energije, zlasti gorivne celice z membrano za izmenjavo protonov (PEMFC), eden ključnih dejavnikov za izpolnjevanje Pariške deklaracije o podnebnih spremembah in drugih okoljskih in podnebnih ciljev, saj ne oddajajo/proizvajajo strupenih izpustov. Tako močno prispevajo k zmanjšanju emisij toplogrednih plinov. Posledično velja, da PEMFC postajajo široko razširjena rešitev, kot vir in shranjevalec energije, in tako ključni sestavni del prihodnjega gospodarstva, ki temelji na vodiku. Tako omogočajo možnost za trajnostno mobilnost, medtem ko z naraščajočim deležem obnovljivih virov energije pridobivajo na pomenu v različnih energetskih aplikacijah.

Eden ključnih pristopov za spopadanje z izzivi prilagajanja zasnove PEMFC določeni aplikaciji je odvisen od razvoja bipolarnih plošč – BPP, ter od proizvodnih tehnologij, ki omejujejo končno zmogljivost gorivnih celic. Bipolarne plošče imajo pomemben pomen in ključno vlogo pri sestavu/sklopu gorivnih celic. Da bi zagotovili sprejemljivo raven izhodne moči gorivnih celic in dolgo življenjsko dobo sklopa celic, mora BPPS odražati odlično električno in toplotno prevodnost, mehansko in kemijsko stabilnost v kislem okolju (pH 2-3) in okolju obogatenim s kisikom. Zaradi potrebe po kemijski in elektrokemični stabilnosti so glavni strukturni izzivi mikrostruktura, površinska in podpovršinska integriteta kovinskih BPP, ter sami proizvodni postopki, s katerimi se zagotovi ustrezna geometrija in porazdelitev kanalov pretočnega polja medijev (vodik in zrak). To so trije primarni izzivi, ki jih je potrebno premagati, da bi dosegli zgledno uspešnost PEMFC. Skupnost se tako sooča z nenavadnim izzivom pri razvoju in proizvodnji BPP iz titanovih zlitin za uporabo v PEMFC, kjer želena geometrija in integriteta obdelanih površin BPP, ob ohranjanju drugih ključnih lastnosti, še vedno ni dosežena. Poleg tega ni ugotovljena ustrezna zasnova BPP v korelaciji z ustreznim/-mi izdelovalnimi postopki. Tako obstajajo izrazite potrebe po raziskavah opredelitve proizvodnih procesov in njihovih parametrov, povezanih z delovnimi modeli gorivnih celic in njihovo učinkovito rabo virov, za dosego večje učinkovitosti gorivnih celic.

Glavni cilj predlaganega podoktorskega projekta se tako osredotoča na pomembne raziskave, razvoj in raziskave inovativnega proizvodnega procesa in tehnik modifikacije površine, ki se uporablja za pripravo BPP iz titanovih zlitin za izboljšanje performanc in življenjske dobe PEMFC.

Projekt tako predstavlja preskok, ki učinkovito prispeva k razvoju gorivnih celic in bipolarnih plošč s poudarkom na njihovih inovativnih proizvodnih tehnologijah in tehnikah površinske modifikacije, ter bo tako obravnaval nekatera ključna raziskovalna področja. Inovativni prispevki projekta bodo prispevali k razvoju trajnostnih avtomobilskih in industrijskih aplikacij z uporabo razvitih najsodobnejših proizvodnih procesov.

Projekt je zasnovan na način, da zastavljeni cilji projekta predstavljajo tudi posamezne delovne sklope (DS) projekta:

• Cilj 1: Podroben pregled in raziskave že prepoznanih zasnov pretočnih kanalov bipolarnih plošč (DS1)
• Cilj 2: Optimizacija geometrijskih lastnosti bipolarnih plošč (DS2)
• Cilj 3: Raziskava in razvoj inovativnega kriogenega izdelovalnega procesa bipolarnih plošč (DS3)
• Cilj 4: Raziskava nadaljnje površinske modifikacije bipolarnih plošč (DS4)
• Cilj 5: Sestava celic in eksperimentalna validacija (DS5)

Trajanje projekta: 01.10.2022 – 30.09.2024

Realiziranost projekta – stanje Q1 2024: Projekt poteka v delovnih sklopih po predvideni časovnici in se nahaja v fazi izdelav bipolarnih plošč.