Ochranné vrstvy o vysoké elektrické vodivosti na bázi plněného polymeru po nanesení na povrch bipolární desky mají potenciál zlevnit výrobu a využití tolik poptávaného vodíku.
Dnešní společnost vykazuje čím dál větší nároky na energii. To je však v přímém rozporu se snahami o snížení emisí oxidu uhličitého a závislosti na fosilních zdrojích energie. Pozornost se tak v rostoucí míře soustředí na udržitelné způsoby pokrytí těchto energetických potřeb. Jeden ze způsobů dosažení dekarbonizace ekonomiky představuje využití zeleného vodíku jako nosiče energie.
Problematika vysokých nákladů
Chemická energie vodíku může být převedena na energii elektrickou tradičním způsobem tepelného zdroje nebo pomocí palivových článků. Současná technologie palivových článků již dosáhla vysokého stupně technologické vyspělosti. Základní překážkou jejich masového rozšíření však jsou výrobní náklady. Obecně panuje přesvědčení, že hlavním důvodem této skutečnosti je použití katalyzátorů elektrodových reakcí na bázi platinových kovů. Skutečnost je však poměrně odlišná.
Jedním z hlavních důvodů vysokých výrobních nákladů palivových článků představuje způsob jejich výroby, který je stále zejména manufakturního typu. Pozornost řady výzkumných pracovišť se proto soustředí na vývoj alternativních přístupů umožňujících velkokapacitní sériovou výrobu komponent s minimálními náklady. Jednou z důležitých komponent palivových článků jsou tzv. bipolární desky (BP — bipolar plates, viz obrázek).
BP využívané v dnešních palivových článcích jsou založeny zejména na kompozitech uhlíku s vhodným polymerním pojivem produkované metodou tlakového vstřikování. Hlavní nevýhody tohoto materiálu představují nevyhovující mechanické vlastnosti, hmotnost, omezená elektrická vodivost a náklady spojené s velkokapacitní výrobou. Alternativu představují BP na bázi ocelových fólií, které svými mechanickými vlastnostmi umožňují formování do potřebné geometrie mechanickým lisováním. Tento přístup zvyšuje řádově produkční kapacitu a snižuje cenu. Zásadní problém však představuje nanesení povrchové vrstvy chránící ocelovou fólii před korozivními účinky prostředí pracujícího palivového článku. Dnes dostupné technologie jsou z tohoto pohledu neúnosně ekonomicky náročné.
Řešení nabízí CORE
Z těchto důvodů se výzkumná skupina vedená prof. Karlem Bouzkem z VŠCHT Praha podílí na vývoji inovativních BP založených na ocelové fólii. Projekt s akronymem CORE tak reaguje na aktuální poptávku po cenově dostupných zdrojích elektrické energie využívajících vodík jako palivo, jejichž komerční potenciál v poslední době rychle roste.
„Hlavní myšlenka projektu vychází z využití ochranné vrstvy o vysoké elektrické vodivosti na bázi plněného polymeru nanesené na povrchu bipolární desky. K tomuto účelu využívá speciální technologie vyvinuté norským partnerem,“ popisuje rámec projektu prof. Bouzek. Optimalizace použitých materiálů, stejně tak jako výrobních postupů vlastních desek představuje významný krok ke snížení jejich koncové ceny, stejně tak jako užitné hodnoty výsledného svazku. Projekt CORE řešený v letech 2021— 2023 je financován z dotačního programu KAPPA pro aplikovaný výzkum, experimentální vývoj a inovace provozovaného Technologickou agenturou ČR a získal podporu ve výši 1,2 milionu eur z Norska a Technologické agentury ČR.
Program je obecně zaměřen na podporu mezinárodní spolupráce mezi českými subjekty a partnery z Norska, Islandu a Lichtenštejnska v oblasti aplikovaného výzkumu, jakož i na podporu propojení výzkumných organizací s odběrateli výstupů aplikovaného výzkumu, experimentálního vývoje a inovace, tj. s průmyslovou sférou.
V rámci projektu došlo k vytvoření konsorcia tří partnerů: zmiňované VŠCHT Praha z České republiky, dále výzkumné organizace SINTEF z Norska a komerční společnosti CondAlign. Cílem společného úsilí partnerů je vznik bipolární desky s extrémně přizpůsobivou, vysoce stabilní a elektricky vodivou ochrannou vrstvou, která bude ekonomicky konkurenceschopná v porovnání s bipolárními deskami dostupnými v současnosti na trhu.