Исследовательская группа Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе под руководством профессора материаловедения и инженерии Ю Хуана создала новую конструкцию катализатора для водородных топливных элементов, которая может работать более 200 000 часов. Это почти в семь раз выше целевого показателя, установленного Министерством энергетики США для тяжелых транспортных средств.
Для грузовиков, совершающих дальние рейсы, аккумуляторы не всегда эффективны – их зарядка занимает много времени и потому затрудняет эксплуатацию. Водородные топливные элементы представляют собой оптимальную альтернативу: они быстро заряжаются, экологичны и способны обеспечивать высокую мощность. Топливные элементы вырабатывают электричество, преобразуя водород, и выделяют только водяной пар. Однако для ускорения химических реакций в системе необходим катализатор. Ранее в этой роли использовались сплавы на основе платины, но они со временем теряли эффективность из-за вымывания других металлов при высоких нагрузках.
Чтобы устранить эту проблему, ученые внедрили ультратонкие наночастицы чистой платины в защитные «карманы» из графена – прочного и проводящего материала, состоящего из одного слоя атомов углерода. Далее частицы были размещены в пористой углеродной структуре Ketjenblack, что позволило добиться одновременно высокой стабильности и эффективности катализатора.
Испытания показали, что новая система обеспечивает выходную мощность 1,08 ватта на квадратный сантиметр – это сравнимо с обычными аккумуляторами, но при этом в восемь раз легче. При этом потеря мощности после 90 000 циклов нагрузки составила менее 1,1%. Между тем на сегодняшний день хорошим результатом считается потеря мощности в 10% после 90 000 циклов, что сопоставимо с более чем десятью годами эксплуатации. Новый катализатор значительно превышает действующий норматив в 30 000 часов службы, установленный для водородных топливных элементов с протонообменной мембраной.
Таким образом, разработанная технология эффективно решает сразу две ключевые задачи, а именно сочетание высокой активности и длительного срока службы. Это делает водородные топливные элементы перспективным решением для дальнемагистральных перевозок. В целом же переход тяжелых грузовиков на водородное топливо может существенно повлиять на снижение выбросов парниковых газов, учитывая, что при доле всего в 5% от общего автопарка они ответственны за четверть всех транспортных выбросов.
