Technologia, która może rozwinąć komercjalizację pojazdów z ogniwami paliwowymi

Technologia, która może rozwinąć komercjalizację pojazdów z ogniwami paliwo

Zespół inżynierów z Uniwersytetu w Delaware rozwinął technologię, która mogłaby zmniejszyć koszty i zwiększyć wytrzymałość ogniw paliwowych. Opisują wyniki swoich badań w artykule opublikowanym w Nature Communications.

Ogniwa paliwowe zasilane wodorem są zieloną alternatywą dla silników spalinowych, ponieważ wytwarzają energię poprzez reakcje elektrochemiczne, nie pozostawiając zanieczyszczeń. Materiały zwane katalizatorami pobudzają te reakcje. Najczęściej stosowanym katalizatorem jest platyna, jednak jest ona kosztowna, jak wie każdy, kto kupuje biżuterię. Metal ten kosztuje około 30 000 dolarów za kilogram. Zespół z Delaware wykonał katalizator z węglika wolframu, którego cena wynosi 150 dolarów za taką samą ilość. Naukowcy wyprodukowali nanocząstki w nowy sposób, dzięki czemu są one znacznie mniejsze i bardziej skalowalne.

"Materiał ten jest zazwyczaj wytwarzany w bardzo wysokich temperaturach, około 1500 stopni Celsjusza. W tych temperaturach rośnie i ma niewielką powierzchnię chemiczną" - powiedział Dionisios Vlachos, dyrektor Centrum Kataliz w Innowacjach Energetycznych. "Nasze podejście ma na celu uzyskanie nanoskalowego materiału o wysokiej powierzchni, który może mieć znaczenie handlowe dla katalizy".

Naukowcy wykonali nanocząstki węglika wolframu, stosując szereg etapów obejmujących działania hydrotermalne, oddzielanie, redukcję, nawęglanie i inne. "W trakcie procesu izolacji możemy uzyskać bardzo jednolity rozkład wielkości cząstek" - powiedział Weiqing Zheng, pracownik naukowy w Centrum.

Następnie badacze włączali nanocząstki węglika do membrany ogniwa paliwowego. Motoryzacyjne ogniwa paliwowe zawierają polimerową membranę. Oddziela ona katodę od anody, która rozbija wodór (H2) na jony (protony) i dostarcza je do katody, która generuje prąd. Membrana z tworzywa sztucznego zużywa się z upływem czasu, szczególnie jeśli ulega zbyt wielu cyklom na mokro/na sucho, co może się zdarzyć, gdy woda i ciepło są wytwarzane podczas reakcji elektrochemicznych w ogniwach paliwowych. Gdy węglik wolframu zostaje wbudowany w membranę, nawilża ją, co optymalizuje wydajność.

"Katalizator z węglika wolframu poprawia gospodarkę wodną ogniw i zmniejsza obciążenie systemu nawilżania" - powiedział Liang Wang, pracownik naukowy w Zakładzie Mechanicznym. Zespół stwierdził również, że przechwytuje on szkodliwe wolne rodniki, zanim uszkodzą one membranę. W rezultacie te z nanocząstkami węglika wolframu są trwalsze niż tradycyjne.

"Opracowany przez nas katalizator o niskich kosztach może być włączony do membrany, aby poprawić wydajność" -dodała Wang. "W rezultacie, wielkość fizyczna stosu ogniw paliwowych może być zmniejszona przy tej samej mocy, dzięki czemu będzie lżejsza i tańsza. Ponadto nasz katalizator może zapewnić wyższą wydajność bez poświęcania trwałości, co stanowi dużą poprawę w stosunku do podobnych działań innych grup".

Zespół badawczy UD zastosował innowacyjne metody badania wytrzymałości ogniw paliwowych wykonanych z węglika wolframu. Wykorzystano skaningowy mikroskop elektronowy i skoncentrowaną wiązkę jonów w celu otrzymania cienkich obrazów membrany, które analizowali za pomocą oprogramowania, odbudowując trójwymiarową strukturę w celu określenia długowieczności ogniw paliwowych.

Grupa złożyła wniosek o patent i ma nadzieję na komercjalizację swojej technologii.
"To bardzo dobry przykład, jak różne grupy w różnych departamentach mogą współpracować" - powiedział Zheng.

(KB)