Brandstofcellen worden veel goedkoper en betrouwbaarder als je het membraan er uit laat. Dat je dan ook de brandstof en de zuurstof moet vervangen door iets vloeibaars is niet erg, claimen Hector Abruña en collega’s (Cornell University, VS) in JACS.

Dat membraan is tot nu toe nodig om de brandstof (meestal waterstof of methanol) gescheiden te houden van de zuurstof, zodat je een potentiaalverschil tussen die twee kunt opbouwen en een nuttige elektronenstroom kunt aftappen. Vaak wordt er de kunststof Nafion voor gebruikt, die alleen protonen doorlaat. Maar dat spul is duur en wil nog wel eens gaan lekken.

Abruña heeft nu bedacht dat je zo’n membraan niet meer nodig hebt wanneer het lukt om de twee stromen zo door de brandstofcel te sturen, dat ze van nature niet of nauwelijks mengen. Daarvoor moet je ten eerste zorgen dat de stromingen laminair zijn, dus zonder wervels. In de praktijk gaat dat het gemakkelijkst wanneer je ze uitsplitst over een groot aantal microkanalen.

Er moet nog wel een poreus plaatje tussen om de stromen gescheiden te houden, maar de poriën hoeven niet meer selectief protonen of kationen door te laten; simpele gaatjes zijn voldoende.

Om dit te laten werken moeten de stromen wel allebei vloeistofstromen zijn. Waterstof en zuurstof komen niet meer in aanmerking. Als brandstof koos Abruña voor een boorhydride-oplossing, die het bijkomende voordeel heeft dat je er veel hogere stroomdichtheden mee kunt halen dan met waterstof of methanol.

In plaats van zuurstof nam hij een ceriumammoniumnitraatoplossing. Een stuk duurder en ongeschikt voor toepassing op grote schaal wegens gebrek aan cerium, maar voor niche-toepassingen zeker verdedigbaar

“Je hebt dus eigenlijk één compartiment met een zuur en één met een base”, zegt de onderzoeker in Chemistry World. “Met een membraan lukt je dat nooit. Dit opent geweldige mogelijkheden.”

Hij heeft al energiedichtheden van 0,25 W per vierkante centimeter gehaald, en wel bij kamertemperatuur. “Brandstofcellen in auto’s halen typisch 1 tot 2 W/cm². Daar zittn we niet eens zo gek ver van af.”

bron: JACS, Chemistry World