Historik och bakgrund
Bränslecellens funktion visades 1839 av William Grove på Royal Institute i London. Det dröjde sedan över 100 år innan amerikanska rymdbolaget NASA började intressera sig för alkaliska bränsleceller (AFC) för produktion av el och dricksvatten i rymdfarkoster.
AFC ställer höga krav på renheten hos bränsle och oxidant och även låga halter av t.ex. CO2 inverkar negativt på elektrolytens funktion. Detta är ett skäl till att utvecklingen på 1980-talet inriktades mot fosforsyrabränsleceller (PAFC) som inte har dessa problem. I Sverige har PAFC-tekniken testats och utvärderats av Vattenfall och Sydkraft. Senare styrdes utvecklingen mot smältkarbonatbränsleceller (MCFC), fastoxidbränsleceller (SOFC) och polymerelektrolytbränsleceller (PEFC).
Det tillämpade forskningsprogrammet i Sverige har tidigare haft tyngdpunkt på PEFC, medan Högskoleprogrammet (helstatligt finansierat av Energimyndigheten) omfattat projekt kring PEFC, SOFC och MCFC. PEFC är en lågtemperaturteknik som anses ha potential att bli förhållandevis billig, genom utveckling av nya material och vid stora produktionsvolymer. Låg arbetstemperatur medför fördelar såsom korta uppstarttider från kallt läge, men kräver dyra platinakatalysatorer och extern reformering vid användande av andra bränslen än vätgas. PEFC har en fast elektrolyt, vilket ger små problem med korrosion och enkel hantering. Tekniken är intressant både för stationära och mobila tillämpningar och det var med utvecklingen av denna teknik som fordonsindustrins intresse för bränsleceller som ersättare av förbränningsmotorer väcktes. På senare tid har intresset ökat för utveckling av PEFC som arbetar vid högre temperatur, vilket skulle innebära ökad kolmonoxidtolerans, större användbarhet för restvärme och att ånga från bränslecellen ev. kan användas till bränslereformering.
En typ av PEFC som verkar lovande främst för traktionära och portabla applikationer är direktmetanolbränslecellen (DMFC) respektive direktetanolbränslecellen (DEFC). I dessa oxideras metanol/etanol direkt utan reformering. Tekniken kan komma att ersätta batterier i t.ex. mobiltelefoner och bärbara datorer. SOFC och MCFC är högtemperaturbränsleceller, som med fördel kan integreras med t.ex. gasturbiner, varvid elverkningsgraden höjs. Höga temperaturer möjliggör enklare och billigare katalysatorer och att bränslet inte behöver reformeras externt. Andra fördelar är att kolmonoxid, som i en lågtemperaturbränslecell förgiftar platinakatalysatorn, i SOFC och MCFC kan fungera som bränsle. Teknikerna har främst utvecklats för stationär energiproduktion.
SOFC har fördelen att lämpa sig både för mindre och större anläggningar, medan MCFC främst passar för effekter över 250 kWe. Detta kan komma att begränsa dess användningsmöjligheter, åtminstone på kort sikt. På senare år har fordonsindustrin börjat intressera sig för SOFC som hjälpenergi i fordon (APU1). En fördel med SOFC är att den, liksom PEFC, har en fast elektrolyt, vilket innebär större flexibilitet vid utformning, enklare hantering samt att korrosionsproblem kan minskas. Just dessa problem är idag förknippade med MCFC.