Новый материал для топливных элементов

11.08.2017

Российские ученые создали новый, более стабильный материал для низкотемпературных топливных элементов с протонпроводящей мембраной, сообщает издание «Наука в Сибири».

Исследователям Института катализа им. Г. К. Борескова Сибирского отделения РАН и Новосибирского государственного университета удалось повысить устойчивость углеродного носителя (одна из основных частей топливного элемента) к окислению, возникающему при использовании ТЭ в качестве замены двигателей внутреннего сгорания.

«Топливный элемент — одна из основных, самых дорогих частей автомобиля. Его стабильность нарушается при окислении: начинает разрушаться углеродная подложка катализатора, и производительность топливного элемента падает, — объяснил младший научный сотрудник Института катализа Виктор Головин. — Целью нашей работы было создание таких углеродных носителей, которые будут как можно меньше подвержены окислению. Поэтому мы брали обычную коммерческую сажу KetjenBlack DJ-600 с поверхностью около 1400 см2/г и модифицировали ее разными способами. Например, азотсодержащим пироуглеродом».

У азота есть неподеленная электронная пара, которая «зацепляет» платину и крепко фиксирует ее на углеродном слое. Таким образом, углеродная подложка равномерно покрыта тонким слоем крепко «вцепившейся» в него платины, и при этом на поверхности носителя нет мелких дырочек.

Синтезировав новый материал, ученые проверили его стабильность —она действительно увеличилась в разы по сравнению с немодифицированной сажей.

Сделав 40-процентные катализаторы (то есть содержащие 40% платины, остальное — подложка на основе новых азотсодержащих углеродных носителей), ученые обнаружили, что их стабильность гораздо выше, чем у катализаторов на основе как немодифицированных саж, так и модифицированных чистым углеродом (без азота), за счет того, что платина крепко «держится» за неподеленную электронную пару азота. Активность катализатора при этом остается высокой — он устойчив к окислительным стрессам при перепадах напряжения и долгое время сохраняет высокую работоспособность.

«Деградация углеродных носителей встречается не только у топливных элементов, но и у суперконденсаторов, которые могут использоваться в автомобилях, а также в электросорбционных установках очистных сооружений, где углерод является электродом. Сами по себе топливные элементы, вероятно, займут прочное положение как дополнительный источник питания в военных и космических приложениях — там, где нет возможности просто зарядить аккумулятор. Наши разработки очень перспективны как в том, что касается электрохимии, так и в плане синтеза новых материалов», — подчеркнул Виктор Головин.