Поскольку мир обращается к более экологичным источникам энергии, ему также необходимо выяснить, как хранить энергию в то время, когда не светит солнце и не дует ветер.
Один из ведущих претендентов, водородный топливный элемент , только что получил большой импульс благодаря фундаментальным исследованиям, проведенным Национальной ускорительной лабораторией SLAC Министерства энергетики, Стэнфордским университетом и Исследовательским институтом Toyota (TRI), которые недавно были переведены на практику в устройство на топливных элементах в результате сотрудничества Стэнфорда и Израильского технологического института Технион.
Результаты опубликованы в журнале Nature Energy.
«Водородные топливные элементы имеют действительно большой потенциал для хранения и преобразования энергии, используя водород в качестве альтернативного топлива , скажем, бензину», — сказала Микаэла Берк Стивенс, научный сотрудник SLAC и совместного Центра SUNCAT Стэнфордского университета по изучению интерфейсов и катализа и один из них. ведущих авторов исследования. «Однако эксплуатация топливного элемента по-прежнему довольно дорога».
Проблема, по словам Берка Стивенса, заключается в том, что топливные элементы обычно используют катализатор , наполненный дорогими металлами платиновой группы (МПГ), который усиливает химическую реакцию, заставляющую систему работать. Это побудило Берк Стивенс и ее коллег искать способы удешевить катализатор, но внесение столь фундаментальных изменений в химию топливных элементов является непростой задачей: ученые часто обнаруживают, что катализатор, который работает в их небольшой лабораторной установке, не работает. так хорошо, когда компания пробует это в реальном топливном элементе.
На этот раз исследователи сбалансировали затраты, частично заменив МПГ более дешевой альтернативой — серебром; но на самом деле ключом было упрощение химического рецепта нанесения катализатора на электроды ячейки. Ученые обычно смешивают катализатор с жидкостью, а затем наносят его на сетчатый электрод, но эти рецепты катализаторов не всегда работают одинаково в разных лабораторных условиях с использованием разных инструментов, что затрудняет воплощение работы в реальных приложениях. .
«Влажные химические процессы не особенно устойчивы к лабораторным условиям», — сказал Том Харамилло, директор SUNCAT, что сделало сотрудничество возможным.
Чтобы обойти эту проблему, команда SLAC вместо этого использовала вакуумную камеру для более контролируемого нанесения нового катализатора на электроды. «Этот инструмент высокого вакуума представляет собой метод, основанный на принципе «что видишь, то и получаешь», — сказал Джарамилло. «Пока ваша система в принципе хорошо откалибрована, люди могут легко ее воспроизвести».
Чтобы гарантировать, что другие смогут воспроизвести их подход и применить его непосредственно к полномасштабным топливным элементам, команда работала с экспертами из Техниона, которые показали, что этот метод работает в практическом топливном элементе.
«Этот проект не был предназначен для проведения испытаний топливных элементов здесь, поэтому нам очень повезло, что ведущий аспирант Стэнфордского университета Хосе Самора Зеледон установил связь с Дарио Декелем и его аспирантом Джоном Дуглином в Технион. Они были созданы для испытаний реальных топливных элементов, так что это было действительно хорошее сочетание ресурсов», — сказал Берк Стивенс.
Вместе две команды обнаружили, что, заменив некоторые МПГ, использовавшиеся в предыдущих катализаторах, более дешевым серебром, они могут создать столь же эффективный топливный элемент с гораздо более низкой ценой – и теперь, когда у них есть проверенный метод разработки катализаторов, они могут начать тестировать более амбициозные идеи.
«Мы могли бы попробовать полностью отказаться от PGM», — сказал Харамильо.
Декель, профессор химического машиностроения и директор Большой энергетической программы Техниона, был в равной степени воодушевлен потенциалом партнерства. «Это имеет большие преимущества для научных исследований топливных элементов, а также для практической разработки катализаторов в индустрии топливных элементов », — сказал он.
Заглядывая в будущее, сказал Харамильо, подобные исследования позволят решить, смогут ли топливные элементы реализовать свой потенциал. «Топливные элементы действительно выглядят захватывающе и интересно для тяжелого транспорта и хранения экологически чистой энергии », — сказал Харамильо, — «но в конечном итоге все сводится к снижению затрат, и именно в этом вся суть этой совместной работы».
Теги: батарея
