Nová membrána pro dostupnější vodík

21. května 2020

Dr. Peter Kúš a jeho kolegové z Katedry fyziky povrchů a plazmatu vyvinuli novou technologii úpravy proton-vodivé membrány využitelné pro elektrolyzéry vody a vodíkové palivové články. Vědci tak uskutečnili další krok, který by měl do budoucna pomoci rozvinout vodíkové hospodářství.

Autoři patentu: zleva prof. Vladimír Matolín, dr. Yurii Yakovlev, dr. Peter Kúš


Vědci přišli na způsob, jak výrazně zvětšit povrch polymerní elektrolytické membrány, označované také jako proton-vodivá membrána. Ta je nedílnou součástí elektrolyzérů vody, využívaných k produkci vodíku, nebo vodíkových či metanolových palivových článků generujících elektrickou energii.

„Elektrolyzér vody rozkládá prostřednictvím elektrického proudu vodu na vodík a kyslík a je významný pro tzv. vodíkové hospodářství. Uskladněný vodík je poté možné zpětně měnit na elektrickou energii s využitím vodíkových palivových článků,“ vysvětluje dr. Kúš. Tento cyklus je důležitý pro stabilizaci produkce elektrické energie založené zejména na větrných a solárních elektrárnách, které negenerují výkon konstantně.

Nová technologie spočívá v kombinaci reaktivního magnetronového tenkovrstvého naprašování oxidu ceru se současným plazmovým leptáním proton-vodivé membrány, což vede k výraznému zvětšování jejího povrchu. Takto upravený povrch vyžaduje při tenkovrstvém pokovení výrazně menší spotřebu drahého kovu, což je jedna z klíčových výhod nové technologie.

Membrána má nově vláknitou strukturu, kdy vlákna jsou přímo součástí jejího povrchu. Poréznost membrány pak umožňuje, že není třeba dalšího nosiče či zvláštní vrstvy pro disperzi katalyzátoru, kterým jsou právě platina či iridium.


Zleva doprava: Modifikace povrchu membrány magnetronovým naprašováním; detail povrchu zobrazený skenovacím elektronovým mikroskopem; použití modifikované membrány v elektrolyzéru vody


Standardně se disperze katalyzátoru dosahuje tzv. mokrými cestami. To si lze představit jako míchání různých roztoků ionomeru s prášky katalyzátorů a prášky nosného materiálu. Vzniklá směs se následně rozmístí po membráně. Často se také používají prekurzory, což je v praxi spíš komplikací v procesu přípravy. Jde tedy o složitý postup tvořený více kroky, jako je míchání, homogenizace, nanášení a schnutí.

„Nový přístup nabízí přímočařejší suchou cestu, bez kapalných chemikálii, za použití menšího množství drahých kovů se srovnatelnou účinností. Proces je rychlejší a disperze je homogennější. Navíc magnetronové naprašování je ověřená, průmyslově zvládnutá technologie, jednoduše škálovatelná na velké plochy,“ jmenuje přednosti nové technologie dr. Kúš.

Vědci z Katedry fyziky povrchů a plazmatu se vývojem nanostrukturovaných katalyzátorů zabývají již několik let. Skupině bylo pod vedením profesora Vladimíra Matolína v minulosti uděleno několik patentů. V souvislosti s popisovaným objevem teď do jejich portfolia přibude další.

Výzkumníci chtějí ještě tento rok vyvinout funkční vzorek nové membrány o velikosti 5×5 cm2, a ověřit tak možnost její průmyslové výroby. K tomu by jim měly pomoci také finanční prostředky z grantového programu TAČR GAMA (Technologická agentura ČR), který se dr. Kúšovi podařilo již podruhé získat.

Více v článku Od objevu k  patentu

–OFSKP, OPMK–

 

Univerzita Karlova, Matematicko-fyzikální fakulta
Ke Karlovu 3, 121 16 Praha 2
IČ: 00216208, DIČ: CZ00216208