Proton exchange membrane fuel cells (PEMFCs) are used to convert hydrogen and oxygen to electricity, heat, and water. There are no greenhouse gas emissions, given that the hydrogen is produced from renewable sources, such as water electrolysis from wind, hydro or solar energy. PEMFCs can be found on the commercial market today, predominantly in applications such as forklifts, passenger cars and combined heat and power units. The PEMFC is a new technology, and there are hurdles to overcome, mainly with regard to price and durability.

In this work, two PEMFC components are the main focus: the bipolar plate and the catalyst. For the bipolar plate, the effect of defects from fabrication is investigated to further understand the critical factors for corrosion and how to avoid it. Droplets from laser cutting and cracks in the coating due to the forming of pre-coated plates are both identified as possible sources of corrosion. However, by correct design, both can be avoided or made less critical. Laser welding stainless steel 304 is, on the other hand, found not to be a source of corrosion under simulated PEMFC bipolar plate conditions. Furthermore, tailoring the properties of a multicomponent alloy coating by additions of Ta and W is explored to stabilise the coating at higher potentials in the acidic environment of the PEMFC. Ta is found to achieve a protective passive layer at a lower concentration than W. However, it does significantly increase the interfacial contact resistance. One-step synthesis of a ternary alloy by electrodeposition is studied for the catalyst to allow for facile screening of new alloy compositions, both in- and ex-situ. The ternary alloy gives comparable results to the binary alloy even at lower Pt content.

As the PEMFC has entered the commercial market relatively quickly, there is a lack of standardised tests, both on the component and system level. The procedure for testing the interfacial contact resistance of the bipolar plate is studied in detail, and the methodology is further developed to ensure reliable and comparable results.

Protonledande polymermembranbränsleceller (PEMFCs) används för att omvandla vätgas och syrgas till elektricitet, värme och vatten. Om vätgasen produceras på ett förnybart sätt, till exempel genom vattenelektrolys driven med sol, vind eller vattenkraft, sker det inga utsläpp av växthusgaser. Redan idag finns PEMFCs på den kommersiella marknaden. Huvudsakligen används de i applikationer som gaffeltruckar, personbilar och kraftvärmeapplikationer. Eftersom PEMFCs är en relativt ny teknik, finns det fortfarande ett behov för utveckling, speciellt när det kommer till kostnad och livslängd.

Två PEMFC komponenter har varit huvudfokus för detta arbete: den bipolära plattan och katalysatorn. För den bipolära plattan studeras effekten av defekter från produktionen på korrosionsbeständigheten. Både droppar av smält metall från laserskärning och sprickor i beläggningen från formning av förbelagd plåt kan initiera korrosion på den bipolära plattan. Dock, kan båda defekterna undvikas vid korrekt design av plattan. Däremot visar det sig att lasersvetsar i rostfritt stål 304 utan beläggning inte initierar korrosion i ett simulerat PEMFC-miljö. I tillägg utforskas möjligheten att utvidga det passiva området för en multikomponentlegering genom tillsatser av Ta och W. Ta bildar ett stabilt passivskikt vid lägre halter jämfört med W, dock ökar kontaktresistansen signifikant. För katalysatorn studeras elektroplätering av en ternär legering direkt på gasdiffusionsskiktet för enkel screening av nya legeringar för katalysatorn. Den ternära legeringen ger jämförbar prestanda med den binära, även vid låga Pt halter.

Allt eftersom PEMFC har kommersialiserats ökar fokuset på utveckling av standardiserade prov, både på komponent och systemnivå. Metodologin för att mäta kontaktresistansen för bipolära plattor vidareutvecklas i detta arbete för att säkra pålitliga och repeterbara mätningar.