Исследователи из Гонконгского университета науки и технологии (HKUST) разработали новый водородный топливный элемент, который на сегодняшний день является не только самым долговечным в мире, но и более экономичным, что прокладывает путь для более широкого применения зеленой энергии в стремление к углеродно-нейтральному миру.
Водородные топливные элементы являются многообещающим вариантом экологически чистой энергии, поскольку они генерируют энергию путем преобразования водорода и кислорода в электричество с нулевым выбросом углекислого газа, твердых частиц и других загрязнителей воздуха, которые могут вызвать смог и другие проблемы со здоровьем. Несмотря на экологические преимущества и годы разработки, водородные топливные элементы до сих пор не получили широкого коммерческого использования. Их выработка электроэнергии сильно зависит от электрокатализатора, который в основном состоит из дорогого и редкого металла платины.
Ученые стремились разработать альтернативы, заменив платину более распространенными и недорогими материалами, такими как железо-азот-углерод, но эти материалы либо оказались неэффективными в производстве электроэнергии , либо имеют низкую долговечность.
Теперь исследовательская группа под руководством профессора Шао Миньхуа из отдела химической и биологической инженерии HKUST нашла новую формулу, которая не только может сократить долю используемой платины на 80 процентов, но и установить рекорд с точки зрения уровень прочности ячейки.
Несмотря на небольшое содержание платины, новый гибридный катализатор, разработанный командой, смог сохранить каталитическую активность платины на уровне 97 % после 100 000 циклов ускоренных стресс-тестов по сравнению с текущим катализатором, производительность которого обычно снижается более чем на 50 % после 30 000 циклов. . В другом испытании новый топливный элемент не показал снижения производительности после 200 часов работы.
Одной из причин такой выдающейся производительности был тот факт, что новый катализатор имеет три разных активных центра для реакции вместо одного в существующих катализаторах. Используя формулу, содержащую атомарно диспергированную платину, отдельные атомы железа и наночастицы платины и железа, новая смесь ускоряет скорость реакции и достигает каталитической активности в 3,7 раза выше, чем у самой платины . Теоретически, чем выше каталитическая активность , тем большую мощность он обеспечивает.
Профессор Шао, также директор Энергетического института HKUST, говорит, что « водородный топливный элемент — это устройство для преобразования энергии, необходимое для достижения углеродно-нейтрального мира. Необходимо расширить его использование в условиях нашей борьбы с изменением климата». Мы рады видеть, что результаты наших исследований приближают эту цель на шаг вперед. Благодаря правительственному фонду зеленых технологий мы будем стремиться к дальнейшему совершенствованию катализатора и обеспечению его совместимости с автомобилями на топливных элементах и другими электрохимическими устройствами».
Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Catalysis.
