Китайские учёные создали водородный топливный элемент с увеличенной в четыре раза мощностью
Учёные из Пекинского технологического института разработали новый протонно-обменный мембранный топливный элемент, который, по их данным, обеспечивает примерно в четыре раза большую мощность по сравнению с традиционными конструкциями. Ключевым элементом разработки стал специальный протонопроводящий межфазный слой, ускоряющий перенос протонов внутри каталитического слоя.
В обычных водородных топливных элементах скорость перемещения протонов к активным участкам катализатора ограничивает эффективность системы. Исследователи создали структуру на основе кислоты Брёнстеда и основания Льюиса, которая сформировала дополнительные пути для передачи протонов.
Эксперименты показали, что новая структура увеличила скорость диффузии протонов примерно в десять раз, повысила протонную проводимость в 6,5 раза и снизила энергию активации переноса более чем в два раза.
При стандартных условиях новый топливный элемент достиг мощности 0,75 ватта на квадратный сантиметр при напряжении 0,7 вольта — примерно в четыре раза больше, чем у обычных систем. Кроме того, технология повысила эффективность использования платины: система достигла показателя 6,9 киловатта мощности на один грамм платины.
После 30 000 ускоренных циклов испытаний новый топливный элемент сохранял 63% первоначальной пиковой мощности, тогда как традиционные системы сохраняли около 30%.
Разработка может быть востребована в транспорте, авиации и космических системах, где важны высокая удельная мощность и малая масса оборудования. Учёные отмечают, что технология особенно подходит для дальних перевозок и применения, где требуется быстрая заправка и большой запас хода.
Следующим этапом станет создание более крупных топливных стеков и проверка возможности промышленного производства нового материала.
Исследование в журнале Science.