Новый катализатор потерял менее 1,1 процента мощности после 90 000 циклов испытаний, что намного превышает целевой показатель Министерства энергетики США в 30 000 часов.
Наглядное изображение: концепт-кар Toyota на водородных топливных элементах, 2019 г.
Unsplash/Даррен Холстед
Ученые в США разработали новый топливный катализатор, который может значительно продлить срок службы водородных топливных батарей до более чем 200 000 часов, стремясь разработать экологически чистые энергетические решения для дальних перевозок.
Исследовательская группа под руководством Ю Хуана, доктора философии, профессора материаловедения в Школе инженерии Самуэли Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе (UCLA), недавно представила новаторскую конструкцию катализатора, сочетающую чистую платину с защитным слоем графена и пористым углеродным носителем.
Благодаря возможности обеспечивать работу топливных элементов в течение почти в семь раз большего срока, чем установлено Министерством энергетики США (DOE) к 2050 году и составляет 30 000 часов для мощных систем топливных элементов с протонообменной мембраной. Это достижение обещает приблизить к реальности устойчивое дальнее отслеживание за счет решения одной из самых сложных технических проблем — долговечности.
Прорыв в области топливных элементов
Несмотря на то, что они составляют всего около 5 процентов от всех транспортных средств, средние и тяжелые грузовики ответственны за почти четверть всех выбросов парниковых газов от автомобилей. Хотя аккумуляторы предлагают чистое решение, их вес и медленное время зарядки ограничивают их использование в больших транспортных средствах для дальних поездок.
«При прогнозируемой выходной мощности 1,08 Вт на квадратный сантиметр топливные элементы с новым катализатором могут обеспечить ту же производительность, что и обычные батареи, которые весят в восемь раз больше», — заявили исследователи. Напротив, водородные топливные элементы предлагают более быструю заправку и гораздо более легкую альтернативу, но постоянная деградация катализатора до сих пор ограничивала их более широкое применение.
Топливные элементы генерируют электроэнергию, преобразуя химическую энергию водорода, выделяя только водяной пар в качестве побочного продукта. Хотя это делает их многообещающей альтернативой для более чистого транспорта, обычные катализаторы из платинового сплава, используемые для ускорения химической реакции, имеют тенденцию со временем терять эффективность, поскольку легирующие металлы выщелачиваются в суровых условиях.
Чтобы решить эту проблему, исследователи спроектировали инновационную структуру частиц внутри частиц, внедрив сверхтонкие платиновые наночастицы в графеновые карманы, используя его необычайную прочность и проводимость. Затем они поместили эти покрытые графеном частицы в пористый углеродный материал-носитель под названием Ketjenblack.
Сообщается, что конструкция защищает платину от деградации, которая обычно наблюдается в катализаторах на основе сплавов, даже при интенсивных циклах напряжения, которые требуются для большегрузных автомобилей.
Формирование будущего большегрузного транспорта
«Мощные системы топливных элементов должны выдерживать суровые условия эксплуатации в течение длительного времени, поэтому долговечность является ключевой проблемой», — пояснил Хуан, добавив, что чистый платиновый катализатор, усиленный экраном на основе графена, предотвращает выщелачивание легирующих элементов и преодолевает недостатки обычных платиновых сплавов.
«Эта инновация гарантирует, что катализатор останется активным и надежным даже в сложных условиях, типичных для дальних перевозок», — заключает он в своем отчете.
Sourse: interestingengineering.com
