Група дослідників зі Школи інженерії Каліфорнійського університету у Лос-Анджелесі знайшла спосіб подовжити термін служби водневих паливних елементів.

Зокрема, розробники представили іноваційну конструкцію каталізатора з чистої платини та захисного шару з графену з пористим вуглецевим носієм. Рішення на основі захисту платинового матеріалу за допомогою графену дозволило подовжити термін служби паливних водневих елементів до понад 200 тис. годин. Це у 8 разів перевищує вимоги Міністерства енергетики США щодо досягнення терміну служби потужних систем з водневими паливними елементами з протообміною мембраною до 30 тис. годин до 2050 року.

Розробка відкриває шлях до виробництва відповідних водневих двигунів для вантажівок. Попри те, що вантажівки складають лише 5% від загального обсягу транспортних засобів, на них припадає майже чверть від усіх шкідливих транспортних викидів. Використання акумуляторів пропонує більш екологічну альтернативу, однак проблемою є їхня вага і повільний час зарядки, що обмежує їхнє використання у вантажних транспортних засобах.

«За прогнозованої вихідної потужності 1,08 Вт на квадратний сантиметр паливні елементи з новим каталізатором можуть забезпечити ту ж продуктивність, що й звичайні батареї, які важать у вісім разів більше», - зазначають розробники.

Водневі паливні елементи передбачають значно швидшу заправку і більш перспективну альтернативу. Однак проблемою була постійна деградація каталізатора, що обмежувало їхне широке використання. Звичайні каталізатори з платинового сплаву, що використовуються для прискорення хімічних реакцій з генерації електричної енергії з водню, з часом втрачають ефективність, оскільки легуючі метали вилуговуються в умовах агресивного середовища.

Для вирішення цієї проблеми американські інженери покрили надтонкі платинові наночастинки захисним шаром з графену, який має високу міцність і провідність. Потім вони вклали ці покриті графеном частинки в пористий вуглецевий матеріал-носій під назвою Ketjenblack.

Така конструкція дозволила захистити платиновий матеріал від вилуговування. За результатами тесту на довговічність, що імітував реальні умови водіння з 90 тис. циклів напруги, каталізатор показав втрату потужності, що склала менше 1,1%. Для порівняння, зазвичай, чудовим вважається результат втрати у понад 10%. За словами керівника дослідницької групи, професора матеріалознавства Ю Хуана, такий рівень довговічності прогнозує термін служби водневих паливних елементів до понад 200 тис. годин.

«Потужні системи паливних елементів повинні витримувати суворі умови протягом тривалого часу, тому довговічність є ключовою проблемою. Ця інновація гарантує, що каталізатор залишиться активним та надійним навіть у складних умовах, типових для далеких перевезень», - підкреслив Ю Хуан.