Китайские ученые разработали топливный элемент с четырехкратным ростом мощности
Китайские ученые разработали новую конструкцию водородного топливного элемента, которая позволяет увеличить его выходную мощность в четыре раза. Результаты исследования могут ускорить развитие водородного транспорта и расширить применение технологии в космической отрасли.
Работу провели исследователи Пекинского технологического института. Их статья опубликована в рецензируемом научном журнале Science.
Ученые изучали протонообменные мембранные топливные элементы (PEMFC) — технологию, которая уже используется в ряде водородных транспортных средств. Такие установки работают при сравнительно низкой температуре — обычно от 60 до 80 градусов Цельсия — и преобразуют в электричество около 50–60% энергии водорода. Единственным выхлопом при этом остается вода.
Принцип работы PEMFC основан на разделении водородных молекул. На аноде они отдают электроны и превращаются в протоны. Протоны проходят через электролитическую мембрану к катоду, а электроны движутся по внешней электрической цепи, создавая электрический ток. На катоде протоны, электроны и кислород соединяются с образованием воды.
Главным ограничением таких систем остается скорость перемещения протонов через каталитический слой, где происходят химические реакции. По словам исследователей, традиционные материалы, включая широко применяемый полимер Nafion, при смешивании с катализаторами могут формировать плотную структуру на наноуровне. Это затрудняет транспорт протонов и снижает эффективность топливного элемента.
Новая конструкция направлена на устранение этого барьера. Повышение мощности особенно важно для тяжелых грузовиков, где водородные системы рассматриваются как альтернатива аккумуляторным электромобилям. Для дальних перевозок батарейный транспорт может быть ограничен большим запасом энергии, массой аккумуляторов и продолжительностью зарядки.
В перспективе разработка также может найти применение в космических системах. Кроме того, повышение эффективности топливных элементов способно снизить потребность в дорогостоящих платиновых катализаторах, которые используются в подобных установках.