Топливные элементы с протонообменной мембраной (ПОМ) обычно работают при температуре 60-80 градусов по Цельсию и преобразуют примерно 50–60% запасенной в водороде энергии в электричество. Внутри элемента молекулы водорода на аноде отдают электроны и протоны: протоны мигрируют через электролитную мембрану, а электроны идут по внешней цепи, создавая ток. На катоде протоны и электроны соединяются с кислородом, образуя воду. Каталитический слой долго оставался проблемным местом: химические соединения могут плотно окружать катализатор на наноуровне и мешать быстрому переносу протонов к центрам реакции.
Команда ученых из Пекинского технологического института разработала интерфейс «кислота Брёнстеда — основание Льюиса», создающий дополнительные сайты для переноса протонов. Эксперименты показали десятикратный рост диффузии протонов и 6,5-кратное улучшение протонной проводимости, а энергия активации снизилась более чем вдвое.
При стандартных условиях новый элемент достиг 0,75 Вт на квадратный сантиметр при 0,7 В — примерно вчетверо больше мощности, чем у традиционных конструкций. Система также показала 6,9 кВт на грамм платины, что важно с учетом дороговизны платины как катализатора. После 30 000 ускоренных стресс-тестов новый элемент сохранил 63% начальной пиковой мощности, тогда как обычные системы в тех же условиях — лишь 30%.
Технология может быть особенно полезна там, где критичны вес, ограничения по пространству и плотность мощности, — в частности, в аэрокосмических системах с жидким кислородом, где эффективный перенос протонов заметно влияет на общие характеристики топливного элемента, пишет SCMP.
Китай активно развивает водородные технологии: к концу 2025 года производственные мощности страны по водороду превысили 51 млн тонн в год, при этом на Китай пришлось 53% всех мировых проектов возобновляемого водорода на основе электролиза.
К концу 2025 года в стране эксплуатировалось около 32 000 автомобилей на топливных элементах, а в марте 2026 года три центральных министерства поставили цель к 2030 году увеличить их количество до 100 000 и призвали снизить цену водорода ниже 25 юаней (около $3,50) за килограмм.
Южнокорейские ученые разработали тройной платиновый катализатор для водородных топливных элементов, который одновременно повышает их производительность и долговечность. Материал на основе платины, кобальта и марганца показал более чем десятикратный рост активности по сравнению с коммерческими аналогами и сохранил свыше 96% эффективности после 150 тысяч циклов испытаний.
