Klimaat & energie › Groene waterstof & e-fuels
Chinese brandstofcel levert vier keer meer stroom uit waterstof
Chinese onderzoekers hebben een waterstofbrandstofcel ontwikkeld die vier keer zoveel vermogen levert als bestaande ontwerpen, zonder extra platina te gebruiken. De doorbraak zit in een nieuw materiaal dat protonen sneller door de cel laat stromen, en kan volgens de onderzoekers zowel auto's als ruimtevaartuigen efficiënter maken.
Een team van het Beijing Institute of Technology (BIT) heeft een nieuwe brandstofcel ontwikkeld die aanzienlijk meer stroom uit waterstof haalt dan gangbare exemplaren. Onder standaardomstandigheden leverde de cel 0,75 watt per vierkante centimeter bij een spanning van 0,7 volt. Dat is ongeveer vier keer zoveel als bij conventionele varianten. De vondst is gepubliceerd in het wetenschappelijke tijdschrift Science.
Het probleem: trage protonen
In een zogeheten proton-exchange membrane (PEM) brandstofcel wordt waterstof aan één kant van de cel gesplitst in elektronen en protonen. De elektronen leveren via een stroomkring elektriciteit, terwijl de protonen door een membraan naar de andere kant reizen. Daar worden ze samen met zuurstof weer omgezet in water. Dat klinkt simpel, maar de praktijk is lastiger: de katalysator die de reactie op gang brengt, wordt vaak dicht omsloten door het membraanmateriaal. Daardoor komen protonen maar moeizaam bij de plek waar de reactie moet plaatsvinden. Dat kost vermogen en dwingt fabrikanten om meer van het dure edelmetaal platina te gebruiken.
Een nieuw grensvlak tussen twee materialen
De Chinese onderzoekers losten dit op met een nieuw type grensvlak tussen twee chemisch verschillende materialen, dat extra aanknopingspunten biedt voor protonen om sneller door te reizen. Metingen lieten een tienvoudige toename van de protondiffusie zien en een 6,5 keer betere geleiding van protonen. Ook daalde de energie die nodig is om de reactie op gang te brengen met meer dan de helft. Het resultaat: de cel haalde 6,9 kilowatt vermogen per gram platina, terwijl er niet meer van het kostbare metaal nodig is dan voorheen. Na 30.000 versnelde slijtagetests behield de nieuwe cel nog 63 procent van zijn piekvermogen, tegenover 30 procent bij een conventionele cel. Volgens co-auteur Li Jie is het materiaal ook praktisch te produceren: in het lab lukt het om in drie dagen 100 gram te maken, genoeg voor tien brandstofcelstacks van 100 kilowatt.
Van vrachtwagens tot ruimtevaart
Een compactere en krachtigere polymeer-elektrolyt-brandstofcel betekent dat voertuigen met een kleinere en lichtere stroomstack verder kunnen rijden. Li Jie wijst erop dat brandstofcellen zich vooral lenen voor zware vrachtwagens en lange ritten, waar snel tanken en een grote actieradius belangrijker zijn dan bij personenauto's met een accu. Ook voor ruimtevaartsystemen met vloeibare zuurstof kan de techniek nuttig zijn, omdat daar juist veel vermogen in een klein volume nodig is.
De ontwikkeling past in de snelle groei van de Chinese waterstofsector. Eind 2025 had het land een productiecapaciteit van ruim 51 miljoen ton waterstof per jaar en was het goed voor meer dan de helft van alle wereldwijde groene-waterstofprojecten op basis van elektrolyse. Er reden toen ook al zo'n 32.000 brandstofcelvoertuigen rond. Drie Chinese ministeries stelden begin 2026 als doel dat er in 2030 100.000 van dergelijke voertuigen moeten zijn, tegen een waterstofprijs van omgerekend zo'n 3,50 dollar per kilogram. Voordat het zover is, moet blijken of het nieuwe materiaal ook op industriële schaal betaalbaar en betrouwbaar te maken is.
Achtergrond & begrippen
Wat betekent dit voor de toekomst? Als deze techniek zich laat opschalen, kunnen waterstofvoertuigen goedkoper en krachtiger worden doordat er minder duur platina nodig is per geleverde kilowatt. Dat kan vooral zware transportmiddelen zoals vrachtwagens en mogelijk ruimtevaartsystemen een stap dichter bij grootschalige toepassing brengen, naast batterij-elektrisch vervoer.
- Proton-exchange membrane (PEM) brandstofcel
- Een type brandstofcel dat waterstof en zuurstof omzet in elektriciteit via een membraan dat alleen protonen doorlaat.
- Protonentransport
- De beweging van positief geladen waterstofdeeltjes (protonen) door het membraan van een brandstofcel; hoe sneller dit gaat, hoe meer vermogen de cel levert.
- Activeringsenergie
- De minimale energie die nodig is om een chemische reactie op gang te brengen; een lagere activeringsenergie maakt een reactie efficiënter.
- Katalysatorlaag
- De laag in een brandstofcel waar de chemische reactie tussen waterstof en zuurstof plaatsvindt, meestal met platina als hulpstof.
- Brandstofcelstack
- Een stapel van meerdere brandstofcellen die samen genoeg stroom leveren voor bijvoorbeeld een voertuig.
- Vermogensdichtheid
- De hoeveelheid vermogen die een systeem levert per eenheid gewicht of volume; belangrijk voor voertuigen en ruimtevaart waar gewicht en ruimte beperkt zijn.
- Brandstofcel
- Een apparaat dat de chemische energie van een brandstof, zoals waterstof, direct omzet in elektriciteit.
- Waterstof
- Het lichtste element, dat als energiedrager kan dienen wanneer het met zuurstof wordt omgezet in elektriciteit en water.
- Katalysator
- Een stof die een chemische reactie versnelt zonder zelf te worden verbruikt, zoals platina in een brandstofcel.
- Polymeer-elektrolyt
- Het membraanmateriaal in een PEM-brandstofcel dat protonen doorlaat maar elektronen tegenhoudt.
Bronnen
Dit artikel is met behulp van AI geschreven op basis van bovenstaande bronnen en is geen letterlijke vertaling. Zo werkt onze redactie.
