Стоимость новых топливных ячеек составляет сотую долю стоимости нынешних устройств | Gearmix
26.01.2018 16:42

Стоимость новых топливных ячеек составляет сотую долю стоимости нынешних устройств

Источник перевод для gearmix ()

Топливные ячейки способны служить эффективным и экологичным источником энергии для автомобилей, компьютеров и силовых установок, но их применение ограничено высокой стоимостью. Причина этого в том, что ключевым компонентом ячеек является платина.

В своём докладе исследователи из Университета Калифорнии в Риверсайде сообщают о создании недорогого, эффективного катализатора для топливных ячеек типа полимер-электролит-мембрана (ПЭМ), которые преобразуют химическую энергию водорода в электричество, и являются самыми многообещающими для питания автомобилей и электроники.

Этот катализатор сделан из пористых углеродистых нановолокон, в которые внедрено соединение на основе относительно распространённого металла, кобальта, который в 100 раз дешевле платины. Исследованием руководил профессор Дэвид Кисайлус.

Топливные ячейки, уже используемые автопроизводителями, имеют преимущества перед традиционной технологией внутреннего сгорания — более высокий КПД, более тихая работа и меньшие выбросы. Водородные выделяют только воду.

Как и аккумуляторы, топливные ячейки являются электрохимическими устройствами, состоящими из положительного и отрицательного электродов, разделённых электролитом. Когда на анод впрыскивается топливо — водород, катализатор разделяет молекулы водорода на положительно заряженные протоны и отрицательные электроны. Электроны выводятся во внешнюю цепь, где совершают работу — например, приводят в действие электромотор, а затем воссоединяются с положительно заряженными ионами водорода с образованием воды.

Критичным фактором при внедрении топливных элементов является стоимость платины, поэтому разработка альтернативного катализатора существенно способствовала бы их применению.

Подпись к изображению: Углеродные волокна с внедрёнными активными наночастицами (вверху) можно объединить в лёгкий и гибкий конструкционный материал (внизу)

Используя технику электропрядения, исследователи создали листы толщиной с бумагу из углеродных нановолокон, включающих ионы металлов — кобальта, железа или никеля. При нагревании ионы образовывали наночастицы металла, катализирующие превращение углерода в высокоэффективный графитовый углерод. Затем наночастицы металла и остаточный неграфитовый углерод окислялись, создавая очень пористую структуру — сеть из наночастиц оксида металла, распределённых в графитовой решётке.

Группа Кисайлуса, совместно с коллегами из Стэнфордского университета, установили, что новые материалы работают так же хорошо, как и обычные, основанные на углероде и платине, но обходятся многократно дешевле.

«Основа высокой эффективности этих материалов —это сочетание химии и методов работы с волокнами, — говорит профессор. — Замечательные электрохимические свойства объясняются эффектом синергии при взаимодействии оксида металла с открытыми активными участками и трехмерной пористой графитовой структурой».

Профессор Кисайлус отметил, что дополнительное преимущество каталитического нанокомпозита состоит ещё и в том, что будучи основанным на графитовых волокнах он обладает свойственными им прочностью и долговечностью, что позволяет материалу служить одновременно и катализатором, и формообразующим компонентом.

«Для транспортных средств чрезвычайно важно снижение веса как самого корпуса, так и источника энергии. Созданный нами материал даст возможность автопроизводителям превратить конструкционные элементы, такие как верх кузова или шасси, в источники энер



ПОХОЖИЕ ЗАПИСИ


© Gearmix 2013
Права на опубликованный перевод принадлежат владельцам вебсайта gearmix.ru
Все графические изображения, использованные при оформлении статьи принадлежат их владельцам. Знак охраны авторского права распространяется только на текст статьи.
Использование материалов сайта без активной индексируемой ссылки на источник запрещено.

Комментарии запрещены.