Новые топливные элементы с удвоенным рабочим напряжением по сравнению с водородом
Электрификация этого сектора потребует использования мощных топливных элементов (либо отдельно, либо в сочетании с аккумуляторами) для облегчения перехода на электричество, причем везде, от легковых и грузовых автомобилей до лодок и самолетов.
Жидкостные топливные элементы являются привлекательной альтернативой традиционным водородным топливным элементам, поскольку они исключают необходимость транспортировки и хранения водорода. Они могут помочь в питании беспилотных подводных аппаратов, беспилотных летательных аппаратов и, в конечном счете, электрических самолетов – и все это при значительно более низких затратах. Эти топливные элементы могут также служить расширителями дальности действия для электромобилей, работающих от аккумуляторных батарей, тем самым способствуя их внедрению.
В настоящее время специалисты инженерной школы МакКелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе разработали мощные боргидридные топливные элементы прямого действия (DBFC), которые работают при удвоенном напряжении по сравнению с обычными водородными топливными элементами. Их исследования были опубликованы 17 июня в журнале Cell Reports Physical Science.
Группа исследователей, возглавляемая Виджеем Рамани, Рома Б. и Раймондом Х. Витткоффом, стала пионером в области разработки реагента: определения оптимального диапазона скоростей потока, архитектуры поля потока и времени пребывания, обеспечивающего работу на большой мощности. Этот подход направлен на решение ключевых проблем, связанных с DBFC, а именно: надлежащее распределение топлива и окислителей и смягчение паразитарных реакций.
Важно отметить, что группа продемонстрировала рабочее напряжение на одном элементе в 1,4 или более раз, что в два раза больше, чем у обычных водородных топливных элементов, при этом пиковая мощность приближается к 1 Вт/см2. Удвоение этого напряжения позволило бы создать более компактную, легкую и эффективную конструкцию топливных элементов, что дает значительные габаритные и объемные преимущества при сборке нескольких элементов в штабель для коммерческого использования. Их подход широко применим к другим классам жидкостных топливных элементов.
«Реактивно-транспортный инженерный подход обеспечивает элегантный и легкий способ значительного повышения производительности этих топливных элементов при одновременном использовании существующих компонентов», – сказал Рамани. «Соблюдая наши рекомендации, даже нынешние промышленные жидкостные элементы, работающие на жидком топливе, могут добиться улучшения эксплуатационных характеристик».
Ключом к усовершенствованию любой существующей технологии топливных элементов является уменьшение или устранение побочных реакций. Большая часть усилий по достижению этой цели связана с разработкой новых катализаторов, которые сталкиваются со значительными препятствиями при внедрении и развертывании на местах.
«Производители топливных элементов, как правило, неохотно тратят значительные средства или усилия на внедрение нового материала», – сказал Шрихари Санкарасубраманиан, старший научный сотрудник по исследованиям в команде Рамани. «Но достижение тех же или лучших улучшений с их существующими аппаратными средствами и компонентами меняет ситуацию в лучшую сторону».
«Пузырьки водорода, образующиеся на поверхности катализатора, уже давно являются проблемой для непосредственных натриевых борогидридных топливных элементов, и ее можно свести к минимуму благодаря рациональному проектированию проточного поля», – сказал Чжонъян Ван, бывший сотрудник лаборатории Рамани, получивший докторскую степень в Университете Вашингтона в 2019 году и в настоящее время обучающийся в Притцкеровской школе молекулярной инженерии при Чикагском университете. «С развитием этого транспортного подхода, основанного на применении реактивов, мы находимся на пути к расширению масштабов и внедрению».
Рамани добавил: «Эта многообещающая технология была разработана при постоянной поддержке Управления военно-морских исследований, которую я с благодарностью отмечаю. Мы находимся на этапе масштабирования наших элементов в штабеля для применения как на подводных аппаратах, так и на беспилотных летательных аппаратах».
Технология и ее основы являются предметом патентной заявки и доступны для лицензирования.
https://econet.ru/articles/novye-toplivnye-elementy-s-udvoennym-rabochim-napryazheniem-po-sravneniyu-s-vodorodom