Ph.d-forsvar: Mikkel vil gøre alkalisk elektrolyse mere effektiv

fredag 27 okt 17

Alkaline membrane water electrolysis with non-noble catalysts

Hovedvejleder: Erik Christensen

Medvejledere: Jens Oluf Jensen, David Aili og Aleksey Nikoforov

Bedømmelsesudvalg: Christodoulos Chatzichristodoulou (DTU Energi), Svein Sunde (NTNU) og Kasper Tipsmark Therkildsen (Siemens A/S)

Elektrolyse kommer til at spille en vigtig rolle for energilagring i et samfund baseret på strøm fra sol og vind. Men det kræver at elektrolysecellerne er effektive og billige. Den 13. oktober 2017 forsvarede Mikkel Rykær Kraglund sin afhandling "Alkaline membrane water electrolysis with non-noble catalysts", der søger at løse denne udfordring. 

Elektrolyseceller bruger elektricitet til at spalte vandmolekyler (H2O) til brint (H2) og ilt (O2). Det er en gammelkendt teknologi, men den har fået en renæssance, da man kan bruge elektrolyse til at gemme overskudsstrøm fra fx vindmøller i form af den kemiske energi i brint. Når man har brug for strømmen igen, kan brinten omsættes i en gasturbine eller en brændselscelle og derved generere elektricitet. Man kan også gå skridtet videre og omdanne brinten i kombination med CO2 til kunstig naturgas eller benzin.

En traditionel alkalisk elektrolysecelle består af to elektroder nedsænket i en vandig opløsning af kaliumhydroxid (KOH). Når der påtrykkes en tilstrækkelig stor spændingsforskel mellem de to elektroder, vil der begynde at boble brint op ved den ene elektrode, og ilt ved den anden. For at undgå, at de to gasser bliver blandet, er elektroderne adskilt af en porøs membran, der kun tillader OH-ioner og vand at passere. Sådanne elektrolyseceller har været i kommerciel brug i over 100 år. Men de er ikke særlig effektive og har ikke den fornødne fleksibilitet under drift til at være velegnede til at lagre strøm fra fluktuerende energikilder som sol og vind.

Mikkel Rykær Kraglund at his PhD defense 13/10 2017Et lovende alternativ er såkaldt PEM-elektrolyse, hvor cellerne ligner de tilsvarende PEM-brændselsceller meget. Her er membranen erstattet af en tæt polymermembran (PEM er en forkortelse for polymer-elektrolyt-membran), der kun leder brint-ioner. Sådanne elektrolyseceller har meget højere effektivitet end den traditionelle alkaliske elektrolyse. Men elektroderne i en PEM-elektrolysecelle indeholder de dyre og sjældne ædelmetaller platin og iridium. Så selv om cellen er mere effektiv, er den også for dyr.

Det er her Mikkel Rykær Kraglunds projekt kommer ind. Han søger at kombinere det bedste af begge verdener: de billige materialer fra alkalisk elektrolyse og den høje effektivitet fra PEM-elektrolyse. Mikkels celler indeholder ligesom PEM-cellerne en tæt membran, men hans membraner består af en anden type polymer (PBI). Ved at lade den opsuge KOH, kan man gøre membranen i stand til at lede OH-ioner og dermed lade den fungere som elektrolyt i cellen. Fordelen ved at bruge KOH er, at man ikke har brug for ædelmetaller i elektroderne. Mikkel har testet en række elektrodematerialer baseret på nikkel og har kunnet vise, at effektiviteten af den nye type alkaliske celle nærmer sig PEM-cellernes, helt uden brug af ædelmetaller.

“Vi har vist, at ved brug af passende membraner kan det lade sig gøre at køre en alkalisk elektrolysecelle uden ædelmetaller ved et strømniveau, der er omtrent fire gange højere end konventionelle systemers, og med en effektivitet som svarer til PEM-cellernes", siger Mikkel.

Endnu er de celler, han har udviklet, dog ikke stabile nok. Foreløbig kan de kun holde i knap to uger under de skrappe driftsbetingelser, men arbejdet med at forbedre levetiden er i gang. Mikkel er efter at have forsvaret sin ph.d.-afhandling blevet ansat som postdoc på DTU Energi for at fortsætte med at udvikle og teste de nye alkaliske elektrolyseceller.

 

Nyheder og filtrering

Få besked om fremtidige nyheder, der matcher din filtrering.