Chińscy naukowcy opracowali nowe ogniwa paliwowe wydajne w niskich temperaturach

W artykule, który ukazał się końcem stycznia tego roku w prestiżowym magazynie Nature, zespół badaczy z Chińskiego Uniwersytetu Naukowo-Technologicznego (USTC) opisał postępy w zakresie opracowania nowych wodorowych ogniw paliwowych zdolnych do pracy w niższej niż dotychczas temperaturze. Rozwój tego typu systemów jest niezwykle ważny, bo pozwala na aplikowanie ich w coraz szerszej gamie układów, w tym w pojazdach elektrycznych.

Wodorowe ogniwa paliwowe są zupełnie bezemisyjnym źródłem energii elektrycznej. Charakteryzują się wysoką wydajności konwersji, ale ich implementacja jest problematyczna z wielu względów, takich jak podatność na uszkodzenie przez tlenek węgla czy duża czułość na niższe temperatury obniżające sprawność.

Obecnie wodór produkuje się głównie poprzez reforming węglowodorów, takich jak metanol czy gaz ziemny, co sprawia, że powstały gaz w swoim składzie ma od 0,5% do 2% tlenku węgla. Elektrody ogniw paliwowych łatwo ulegają zanieczyszczeniu tym gazem, co przekłada się na skrócenie ich żywotności i redukcję wydajności konwersji.

Dotychczasowe badania nad tym tematem pozwoliły na stworzenie metody PROX (preferencyjnego utleniania), która pozwala na usuwanie śladowych ilości CO2 z wodoru na drodze katalizy. Niestety obecne katalizatory PROX działają jedynie w wysokiej temperaturze (istotnie powyżej temperatury pokojowej) i w wąskim zakresie temperatur, co czyni je realnie mało przydatnymi do stosowania na przykład w wodorowych samochodach z ogniwami paliwowymi, które sprawnie jeździć muszą przez cały rok, niezależnie od pogody.

Zespół badaczy z USTC, kierowany przez Junlinga Lu, profesora w Narodowym Laboratorium Fizyki w Mikroskali w Hefei, zaprojektował nową strukturę – platynowe nanocząsteczki rozpuszczone w matrycy wodorowęglanu żelaza. Taki katalizator jest w stanie oczyszczać wodór w szerokim zakresie temperatur, od 198 K do 380 K (-75°C do ponad 100°C).

Badacze odkryli także, że nowy materiał jest w stanie skutecznie ochraniać elektrody ogniwa przed zatruciem tlenkiem węgla, nawet w niskich temperaturach. – Nasze odkrycie ma fundamentalne znaczenie dla nadejścia ery wodorowych samochodów – mówi profesor Lu. – Naszym celem jest opracowanie niedrogiego katalizatora z dużym poziomem aktywności, który byłby odporny na CO i który umożliwia usuwanie tego gazu z paliwa.