Vývoj tenkovrstvového katalyzátoru s nízkym obsahom vzácnych kovov pre reverzibilné palivové články s polymernou membránou (TAČR)

V súčasnej dobe sa kladie veľký dôraz na čo možno najvyššiu mieru využitelnosti energie z obnoviteľných zdrojov. Jedným z problémov zapojenia veľkého množstva solárnych a veterných elektrární do existujúcej elektrickej siete je ich výkonová nestabilita, daná atmosferickými podmienkami. Bez určitého "energetického vyrovnávača" umožňujúceho okamžité uloženie prebytočnej elektrickej energie v čase nadprodukcie, resp. kompenzujúceho energetický nedostatok v čase nedostatočnej produkcie, nie je možné uvažovať o plnom prechode na energiu z obnoviteľných zdrojov. Perspektívnym konceptom takéhoto "vyrovnávač" sa ukazuje byť premena elektrickej energie na vodík prostredníctvom elektrolyzéru vody s polymernou membránou (PEMWE) a následne operatívna spätná generácia elektrickej energie vodíkovým palivovým článkom s polymernou membránou (PEMFC). Na takéto systémy možno stále častejšie naraziť vo vyspelých, ekologicky zmýšľajúcich regiónoch s veľkým zastúpením čistých elektrární.

Predkladaný projekt si kladie za cieľ overiť potenciál na našom pracovisku vyvýjaného reverzibilného katalyzátoru, ktorý by vo veľkej miere zjednodušil a zlacnil vyššie popísaný "vyrovnávací proces". Stručne povedané, reverzibilný katalyzátor umožňuje zlúčiť PEMWE a PEMFC do jediného zariadenia (PEM-URFC), čím sa materiálne náklady na systém značne znížia. Veľkú úsporu možno predovšetkým očakávať v najkritickejšej cenovej položke a to vo vzácnych kovoch (platina a irídium), ktoré tvoria neoddeliteľnú súčasť elektród PEMWE a PEMFC; vytvorením reverzibilného zariadenia sa počet elektród zníži prakticky na polovicu. Navyše nami vyvíjaný katalyzátor je pripravovaný sofistikovanou metódou multiterčového magnetrónového naprašovania, čo vedie k unikátnemu nanoštruktúrnemu tenkovrstvému usporiadaniu vzácnych kovov, ktorých obsah je tým znížený približne 3x oproti štandardu PEMFC a 4-5x oproti PEMWE. 

Je zrejmé, že pre zodpovedné overenie fungovania reverzibilného katalyzátoru v praxi je nutné realizovať celú radu experimentov ako v móde PEMWE, tak aj v PEMFC. Jedná sa o technicky netriviálne a časovo náročné merania. Predbežné výsledky získané meraním na jedinej našej stanici, schopnej testovať palivový článok s reverzibilným katalyzátorom, vyzerajú nádejne. Finančné prostriedky TAČR by poslúžili predovšetkým na optimalizáciu procesu testovania, konkrétne na zvýšenie kapacít testovacích staníc schopných fungovať v oboch režimoch PEMFC aj PEMWE s cieľom overiť dlhodobú stabilitu katalyzátoru.