Разработан новый принцип использования водородного топлива: в чем его прорыв
Японские ученые создали экспериментальную установку, которая решает одну из главных проблем использования водородных топливных элементов в энергетике — высокую рабочую температуру. Существующие системы с водородным топливом, использующие так называемые твердооксидные топливные элементы (SOFC), работают при температуре от 700 до 800 градусов Цельсия. Это предъявляет очень высокие требования к используемым материалам и повышает эксплуатационные расходы, что не позволяет применять метод широко. Новая установка работает при температуре 300 градусов. Это достаточно высокий показатель, но он значительно меньше, чем у аналогов.
В водородных топливных элементах преобразование рабочего тела в энергию и воду происходит при прохождении протонов через атомные структуры в кристаллической решетке базового материала. Чтобы снизить температуру установки, авторы исследования подбирали различные химические добавки, которые изменили бы свойства изучаемого комплекса, взаимодействуя с соответствующими кристаллами оксидов.
При этом исследователям важно было соблюсти баланс, поскольку некоторые добавки увеличивают количество подвижных протонов, проходящих через материал, что приводит к закупорке кристаллической решетки. Проведя различные тесты, ученые остановились на двух соединениях — станнате бария и титанате бария. При легировании скандием они давали рабочую температуру около 300 градусов по Цельсию без снижения эффективности.
Атомы скандия проявили такое взаимодействие с атомами кислорода, что образовали широкую и мягко вибрирующую молекулярную магистраль, которая позволила протонам перемещаться с необычно низким миграционным барьером. Снижение рабочей температуры сократит затраты и откроет двери для систем потребительского уровня, приблизив водородную энергетику к повседневной жизни.Йошихиро Ямадзакиинженер-материаловед из Университета Кюсю
Использование водородных топливных элементов в перспективе позволит сократить применение ископаемых ресурсов, сделав энергетику более экологичной. Пока такие установки в основном ограничены экспериментальными задачами из-за своей сложности и дороговизны.
Ранее мы рассказывали, что в России создали гибридную мембрану для водородной энергетики.
