Redaktion og opdatering af indholdet på denstoredanske.dk er indstillet pr. 24. august 2017. Artikler og andet indhold er tilgængeligt i den form, der var gældende ved redaktionens afslutning.
Den Store Danske bliver fra efteråret 2020 opdateret af Foreningen lex.dk.

  • Artiklens indhold er godkendt af redaktionen

brændselscelle

Oprindelig forfatter MoMo Seneste forfatter Redaktionen

brændselscelle, elektrisk batteri, som kan omsætte brint og luftens ilt til elektricitet, varme og vand. Brændselsceller anvendes bl.a. inden for rumfart og produktion af kraftvarme. Der findes mange typer af brændselsceller, hvoraf nogle kan omsætte naturgas og kulgas foruden brint. Alle har det tilfælles, at en celle består af en elektrolyt og to elektroder, ligesom celler i almindelige batterier (galvanisk element). Hovedforskellen mellem brændselsceller og andre batteriers celler er, at man kontinuert tilleder luft (ilt) til den positive elektrode og brint til den negative elektrode, således at en brændselscelle ikke skal oplades, men kan køre uafbrudt (se også elektrokemi). Den enkelte brændselscelle giver kun en spænding på knap 1 V; det er derfor nødvendigt at bygge mange celler sammen i serie, så man får en såkaldt cellestak med den spænding, man ønsker.

De mange forskellige typer af brændselsceller benævnes sædvanligvis efter deres elektrolyt. Hovedtyperne er den alkaliske celle med en vandig kaliumhydroxid-elektrolyt (eng. AFC, Alkaline Fuel Cell), fosforsyre-cellen (eng. PAFC, Phosphoric Acid Fuel Cell), polymer-cellen (eng. PEMFC, Polymer Electrolyte Membrane el. Proton Exchange Membrane Fuel Cell), smeltet carbonatcellen (eng. MCFC, Molten Carbonate Fuel Cell) og fastoxidcellen (eng. SOFC, Solid Oxide Fuel Cell), der har en keramisk iltionleder som elektrolyt.

Den funktionsmæssigt rigtige opbygning af en brændselscellestak er med plane plader, som strømmen løber på tværs af. Der er dog foreslået mange andre geometrier, fx rørformede bundter, der er lettere at producere. Dette betales dog med et større elektrisk tab i cellestakken, idet alle andre geometrier end plane plader vil give en længere strømvej.

Annonce

For elektroderne gælder det, at de skal være gode elektronledere. Derudover er det vigtigt, at de er porøse, så gassen kan komme ind i dem og reagere, og at den porøse struktur er udformet således, at der er størst muligt kontaktareal mellem de tre faser: ionledende elektrolyt, elektronledende elektrode og gasfasens reaktanter. Den direkte omsætning af kemisk energi til elektrisk energi uden varmeenergi som mellemtrin giver mulighed for en høj virkningsgrad (ca. 50-60% i brændselscellen mod 40-50% i dampkraftværker). Temperaturen i brændselsceller er lavere end i en flamme (ca. 100-200 °C for AFC og PAFC; PEMFC findes i to typer, lavtemperatur-PEM, 60-90 °C og højtemperatur-PEM, 120-200 °C; ca. 650 °C for MCFC og 600-1000 °C for SOFC). Der dannes derfor ingen nitrogenoxider (NOx), og kuldioxidproduktionen (CO2) bliver lavere på grund af den højere virkningsgrad.

Brændselscellens princip blev opdaget af den britiske fysiker William Grove (1811-96) allerede i 1839, men først i forbindelse med USAs store rumforskningsprogram i 1960'erne kom der for alvor gang i forskning og udvikling af brændselsceller. Apollo-rumfartøjerne blev forsynet med elektricitet fra alkaliske brændselsceller dels på grund af deres høje energi og effekt pr. vægtenhed, dels fordi de modsat de fleste andre energikilder ikke afgiver en masse spildprodukter. Den tilførte ilt og brint forenedes under elektricitetsproduktionen til vand, som astronauterne kunne bruge som drikkevand.

Siden er der verden over forsket meget i at gøre brændselsceller så billige, at de kan konkurrere med konventionelle kraftværker, men det er ikke lykkedes endnu. Der har dog siden 1980'erne været store internationale bestræbelser i gang for at gøre brændselsceller billigere. Internationalt set er alle typerne demonstreret at være teknisk brugbare i størrelser på 25 kW eller større.

Danmark

I Danmark satses der især på udvikling og demonstration af SOFC og PEMFC. Forskningen inden for SOFC finder hovedsageligt sted på Forskningscenter Risø i et tæt samarbejde med den industrielle hovedaktør Haldor Topsøe A/S, som i 2004 udskilte sine SOFC-aktiviteter i et datterselskab, Topsoe Fuel Cell A/S. Dette firma er sammen med internationale kommercielle partnere, bl.a. fra Finland og Østrig, i gang med demonstrationsprojekter med den hensigt at lave brændselscellesystemer; i første omgang satses på nichemarkeder som fx strømforsyninger til luksusskibe, luksusbiler og lastvogne. Næsten alle typer af flydende og gasformigt brændsel kan anvendes i SOFC systemer, herunder ammoniak, der kan lagres i de såkaldte brintpiller.

Lavtemperatur-PEM-celler og -systemer udvikles i Danmark hos firmaet IRD Fuel Cells A/S i samarbejde med American Power Corporation Aps i Kolding, bl.a. med henblik på anvendelse som nødstrømsanlæg. Lav-temperatur-PEM anses i dag for at have det største potentiale som erstatning for batterier. I denne sammenhæng er en type, der forsynes med metanol som brændsel (Direct Methanol Fuel Cell, DMFC) særlig velegnet til erstatning af batterier i bærbare anvendelser som fx videokameraer og mobiltelefoner. I modsætning til den langvarige opladning af et batteri kan metanolbeholderen i en DMFC fyldes på mindre end et minut.

Fra 1995 er der internationalt gennemført en satsning på lav-temperatur-PEM til fremdrift af biler og busser på adskillige milliarder kr. Selvom næsten alle større bilfirmaer i verden har fabrikeret og demonstreret brændselscellebiler, synes det dog ikke at være lykkedes at udvikle en tilfredsstillende teknologi. Bl.a. derfor er man gået i gang med udviklingen af højtemperatur-PEM-celler, der består af billigere materialer og er mere tolerant over for urenheder i brinten. Brint fremstilles i dag hovedsagelig ud fra fossile brændsler, og høj-temperatur PEM-cellernes større tolerancer over for især små mængder af kulmonoxid (CO) gør systemerne langt billigere, end hvad tilfældet er for lavtemperatur-PEM-celler, der kun tåler relativt få ppm CO i brinten. Forskning og udvikling af højtemperatur-PEM-celler og -stakke foregår i Danmark på Kemisk Institut, DTU. Udviklingen af systemer varetages af firmaet Danish Power Systems, der er udsprunget af arbejdet på DTU.

Referér til denne tekst ved at skrive:
Mogens Bjerg Mogensen: brændselscelle i Den Store Danske, Gyldendal. Hentet 23. januar 2020 fra http://denstoredanske.dk/index.php?sideId=51763