Топливные элементы преобразуют химическую энергию водорода в электричество, выделяя в качестве побочного продукта только водяной пар. Однако эта химическая реакция протекает слишком медленно, поэтому для достижения практических скоростей требуется катализатор. Хотя катализаторы из сплава платины традиционно обеспечивают превосходные химические реакции, легирующие элементы со временем выщелачиваются, снижая каталитическую эффективность. Особенно остро эта проблема стоит у большегрузных автомобилей. Чтобы решить ее, команда специалистов из Калифорнийского университета разработала новую архитектуру катализатора, которая защищает платину от обычной для сплавов деградации, пишет Science Daily.

Исследователи начали с внедрения в защитные графеновые карманы сверхтонких наночастиц платины. (Графен — углерод толщиной в один слой атомов — невероятно прочен, легок и обладает высокой проводимостью.) Затем заключенные в графен наночастицы были помещены внутрь пористой структуры углеродной сажи марки Ketjenblack. Конструкция «частицы внутри частиц» обеспечивает долговременную стабильность, сохраняя при этом высокую каталитическую активность, необходимую для эффективной работы топливных элементов.

«Мощные топливные элементы должны выдерживать суровые условия эксплуатации в течение длительного времени, что делает долговечность ключевой проблемой», — сказал Ю Хуан, руководитель научной группы. — Наш катализатор из чистой платины, усовершенствованный с помощью стратегии защиты на основе графена, преодолевает недостатки обычных платиновых сплавов, предотвращая выщелачивание легирующих элементов. Это нововведение гарантирует, что катализатор останется активным и надежным даже в сложных условиях, типичных для дальних перевозок».

Новый катализатор показал потерю мощности менее 1,1% после ускоренного стресс-теста, разработанного для имитации многолетней эксплуатации, по прошествии которых даже потеря в 10% считается отличным результатом.

Прогнозируемый срок службы новых топливных элементов превышает 200 000 часов, что намного больше 30 000 часов, целевого показателя Министерства энергетики США, установленного для систем топливных элементов с протонообменной мембраной.

В начале года Honda представила новый модуль водородных топливных элементов, который стал компактнее, долговечнее и дешевле в производстве. Он служит вдвое дольше, достигает КПД 59,8% и стабильно работает при температурах от −30 °C до +60 °C.