Ученые разрабатывают новый материал для долговечных топливных элементов

Новые исследования показывают, что графен, изготовленный особым образом, может быть использован для изготовления более долговечных водородных топливных элементов для автомобилей.

В исследовании, опубликованном сегодня в журнале Nanoscale, ученые производили графен по специальной, масштабируемой методике и использовали его для разработки катализаторов на водородных топливных элементах. Исследовательская группа, в которой участвовали ученые из Университета Королевы Мэри в Лондоне и Университетского колледжа Лондона (UCL), показала, что этот новый тип катализаторов на основе графена является более долговечным, чем коммерческие катализаторы, и соответствует их характеристикам.

Графен для топливных элементов

Водородные топливные элементы преобразуют химическую энергию в электрическую, комбинируя водород и кислород с помощью катализаторов. Поскольку единственным побочным продуктом реакции является вода, они обеспечивают эффективный и экологически чистый источник энергии.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

латина является наиболее широко используемым катализатором для этих топливных элементов, но ее высокая стоимость является большой проблемой для коммерциализации водородных топливных элементов. Для решения этой проблемы коммерческие катализаторы, как правило, изготавливаются путем декорирования крошечных наночастиц платины на более дешевую углеродистую основу, однако слабая долговечность материала значительно сокращает срок службы существующих топливных элементов.

Предыдущие исследования показали, что графен может быть идеальным материалом для поддержки топливных элементов благодаря своей коррозионной стойкости, большой площади поверхности и высокой проводимости. Однако графен, используемый в большинстве экспериментов на сегодняшний день, содержит много дефектов, что означает, что предсказанное улучшение сопротивления еще не достигнуто.

Методика, описанная в исследовании, позволяет получить высококачественный графен, покрытый наночастицами платины в одноточечном синтезе. Этот процесс можно было бы масштабировать для массового производства, открыв использование катализаторов на основе графена для широкого применения в энергетике.

 Дэн Бретт, профессор электрохимической инженерии UCL сказал: "Удовлетворение мировых энергетических потребностей без ущерба для окружающей среды является одной из важнейших задач современности. Водородные топливные элементы могут обеспечить более чистую энергию и уже используются в некоторых автомобилях в качестве альтернативы бензину или дизельному топливу. Однако большим препятствием на пути их повсеместной коммерциализации является способность катализаторов выдерживать продолжительные циклические нагрузки, необходимые для их использования в энергетике. Мы показали, что, используя графен вместо типичного аморфного углерода в качестве вспомогательного материала, мы можем создавать сверхпрочные катализаторы".

Исследователи подтвердили долговечность катализатора на основе графена, используя тип испытания, основанный на испытаниях, рекомендованных Министерством энергетики США (DoE), известных как ускоренные стресс-тесты. Ускоренные стресс-тесты сознательно подвергают катализатор быстрому напряжению в течение многих циклов за короткое время, что позволяет ученым оценить стабильность новых материалов без необходимости их использования в течение нескольких месяцев или лет в работающем топливном элементе.

Используя эти испытания, ученые показали, что потери активности за тот же период испытаний были примерно на 30% ниже в новом катализаторе на основе графена по сравнению с коммерческими катализаторами.

Гьен Минг Энжел, аспирант и ведущий автор исследования, из UCL, говорит: "DoE устанавливает испытания и цели на долговечность топливных элементов: одно ускоренное испытание под нагрузкой для имитации нормальных условий эксплуатации и другое - для имитации высокого напряжения, возникающего при запуске и выключении топливного элемента. Большинство исследований в графеновом пространстве оценивается только с помощью одного из рекомендованных испытаний. Однако, поскольку в нашем материале содержится высококачественный графен, нам удалось добиться высокой прочности как при проведении испытаний, так и при длительных испытаниях, что важно для дальнейшей коммерциализации этих материалов. Мы с нетерпением ждем внедрения нашего нового катализатора в коммерческую технологию и реализации преимуществ топливных элементов с более длительным сроком службы".

Графен изготавливается из одного слоя атомов углерода, расположенных в шестиугольной решетке. Несмотря на относительно простую структуру, считается, что графен обладает замечательными свойствами, в том числе высокой электропроводностью, высокой прозрачностью и высокой гибкостью.

Доктор Патрик Каллен, лектор по возобновляемым источникам энергии из Лондонского университета имени Королевы Мэри: "За эти годы вокруг графена было много шумихи и огромное количество многообещающих применений этого материала. Тем не менее, научное сообщество все еще ждет полной реализации своего потенциала, и это привело к некоторому негативу вокруг предложенного "чудо-материала". Эта точка зрения не подкрепляется тем фактом, что во многих исследованиях по графену используются дефектные версии графена. Мы надеемся, что эта статья сможет восстановить веру в графен и показать, что этот материал обладает большим потенциалом для улучшения технологии, например, топливных элементов, сейчас и в будущем". опубликовано econet.ru по материалам phys.org

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet