Logo
Cover

Топливные и электролитические ячейки, изготовленные из твердых оксидов металлов, представляют интерес по ряду причин. В режиме электролиза они весьма эффективно преобразуют электричество из возобновляемых источников в водород или метан, плюс в их производстве не участвует дорогая платина. Однако они быстро разрушаются под действием атомов металла. Американские инженеры добились увеличения срока службы топливных элементов на твердых оксидах. Это поможет снизить стоимость получения водорода и выработки энергии, необходимой для чистой энергетики.

Топливные и электролизные ячейки состоят из трех главных элементов: двух электродов и электролита. В режиме электролиза электричество, выработанное, к примеру, ветрогенератором, может быть использовано для создания запасаемого топлива, метана или водорода. С другой стороны, в обратной реакции это топливо может пойти на получение электричества, когда ветра нет, пишет MIT News.

Такая ячейка изготавливается из нескольких элементов, соединенных стальными компонентами, содержащими хром, который предотвращает окисление металла. Но оказывается, при высокой температуре часть хрома испаряется и попадает между катодом и электролитом, снижая эффективность реакции включения кислорода. Постепенно производительность ячейки падает настолько, что ее уже нет смысла использовать.

Специалисты из MIT смогли показать, что возможно не только обратить это разрушение вспять, но и повысить производительность выше начального уровня путем контроля кислотности воздушного электрода.

Для этого они покрыли катод оксидом лития, соединением, которое меняет относительную кислотность поверхности. После добавления небольшого количества лития изначальная производительность испорченной ячейки была восстановлена. Кроме того, можно было наблюдать повышение эффективности на три-четыре порядка в скорости ключевой реакции восстановления кислорода и изменение в количестве электронов на поверхности электрода, что стимулирует реакцию включения кислорода.

Причина такого улучшения в том, что оксид лития эффективно растворяет хром, формируя стекловидный материал, который защищает катод от снижения производительности.

Специалисты Гонконгского университета науки и технологии разработали водородный топливный элемент, который не только показал рекордную эффективность и срок службы, но и для работы ему нужно в 5 раз меньше платины в качестве катализатора. То есть он может быть в разы дешевле. При это его каталитическая активность (выход энергии за единицу времени) в 3,7 раза выше, чем у топливных элементов с полностью платиновым катализатором.