Учени от САЩ са разработили нов горивен катализатор, който има потенциала значително да удължи живота на водородните батерии до над 200 000 часа, в опит да се разработят решения за чиста енергия в транспорта на дълги разстояния.
Изследователският екип, ръководен от д-р Ю Хуанг, професор по материалознание в Училището по инженерни науки „Самуели“ към Калифорнийския университет в Лос Анджелис (UCLA), наскоро представя новаторския дизайн на катализатора, който съчетава чиста платина със защитен слой от графен и порест въглероден носител.
Възможността за захранване с горивни клетки за почти седем пъти по-дълъг период от целта на Министерството на енергетиката на САЩ (DOE) за 2050 г., която е 30 000 часа за тежкотоварни системи с протонно-обменни мембранни горивни клетки, обещава да доближи устойчивото проследяване на дълги разстояния до реалността, като се справи с едно от най-продължителните технически предизвикателства – издръжливостта.
Пробив в областта на горивните клетки
Въпреки че съставляват само около 5 процента от всички превозни средства, средните и тежкотоварните камиони са отговорни за почти една четвърт от всички автомобилни емисии на парникови газове.
Въпреки че батериите предлагат екологично чисто решение, тяхното тегло и бавното време за зареждане ограничават използването им за големи превозни средства на дълги разстояния.
„С прогнозна мощност от 1,08 вата на квадратен сантиметър, горивните клетки с новия катализатор могат да осигурят същата производителност като конвенционалните батерии, които тежат до осем пъти повече“, казват изследователите.
За разлика от тях, водородните горивни клетки предлагат по-бързо зареждане с гориво и много по-лека алтернатива, но постоянната деградация на катализатора досега ограничава по-широкото им приложение.
Горивните клетки генерират електроенергия чрез преобразуване на химическата енергия на водорода, като отделят само водни пари като страничен продукт. Въпреки че това ги прави обещаваща алтернатива за по-чист транспорт, конвенционалните катализатори от платинени сплави, използвани за ускоряване на химическата реакция, са склонни да губят ефективността си с течение на времето, тъй като легиращите метали се отмиват при тежки условия.
За да се справят с този проблем, изследователите създават иновативна структура от частици в частици, като вграждат ултрафини наночастици платина в графенови джобове, използвайки изключителната здравина и проводимост на графена. След това те влагат тези графенови частици в порест въглероден носещ материал, наречен Ketjenblack.
Съобщава се, че дизайнът предпазва платината от деградация, която обикновено се наблюдава при катализаторите на основата на сплави, дори при интензивни циклични промени на напрежението, необходими за тежкотоварни автомобили.
Формиране на бъдещето на тежкотоварния транспорт
„Системите за горивни клетки за тежкотоварни автомобили трябва да издържат на тежки условия на работа за дълъг период от време, което прави издръжливостта ключово предизвикателство“, обяснява Хуанг, като добавя, че катализаторът от чиста платина, подсилен с щит на основата на графен, предотвратява отмиването на легиращите елементи и преодолява слабостите на конвенционалните платинови сплави.
„Това нововъведение гарантира, че катализаторът остава активен и устойчив, дори при взискателни условия, характерни за приложенията на дълги разстояния“, заключава той в съобщението за пресата.
Изследователите са зашеметени от резултата от ускорения стрес тест, който симулира реални условия на шофиране с 90 000 цикъла на напрежение. Катализаторът демонстрира загуба на мощност от по-малко от 1,1 % – показател, далеч надхвърлящ 10% загуба, която обикновено се счита за отлична.
Според Хуанг това ниво на издръжливост предвижда продължителност на живота на системата от над 200 000 часа, което значително надвишава целта на DOE от 30 000 часа за горивни клетки за тежкотоварни автомобили.
Освен производителността, новата технология може да направи водородната инфраструктура по-евтина за внедряване от националните мрежи за зареждане на електрически превозни средства, което допълнително ще ускори прехода към по-чисти камиони.
Ако бъде широко разпространена, тя би могла драстично да намали емисиите от един от най-замърсяващите сектори на транспорта, като в крайна сметка доведе до достигане на чисти, ефективни камиони за дълги разстояния.
Постижението на екипа се основава на предишна работа, където те разработват катализатор за горивни клетки за лекотоварни превозни средства, който издържа 15 000 часа, което е почти двойно повече от целта на DOE от 8 000 часа.
Изследването е публикувано в списанието Nature Nanotechnology.
Източник: InterestingEngineering
