Поскольку современные топливные элементы работают при температуре 60-80 ° C, им требуются большие радиаторы и воздухозаборники, чтобы оставаться достаточно прохладными для работы. Чтобы решить эту проблему, ученые Лос-Аламосской национальной лаборатории разработали новый полимерный топливный элемент, который работает при более высоких температурах.

"Топливные элементы - это устройства для преобразования энергии, которые производят электричество путем электрохимического соединения водорода и кислорода из воздуха. Как и другие электромобили, автомобили на топливных элементах являются транспортными средствами с нулевым уровнем выбросов; у них нет выбросов смога или парниковых газов из выхлопных труб", - сказал Ю Сын Ким из Лос-Аламосской группы синтеза материалов и интегрированных устройств. "Более того, водород может быть получен из различных внутренних ресурсов с потенциалом нулевых выбросов парниковых газов".

Водородные топливные элементы являются хорошим вариантом для средне- и тяжелонагруженных автомобильных перевозок, включая грузовики и автобусы, а также для морского, железнодорожного и авиационного применения.

Электрификация будущего транспорта средней и большой грузоподъемности - будь то с использованием батарей или водородных топливных элементов - необходима, учитывая глобальные усилия по сокращению выбросов на транспорте. По сравнению с автомобилями, работающими на батарейках, топливные элементы обеспечивают быструю заправку и достаточный запас топлива для дальних поездок. На протяжении нескольких десятилетий исследователи изучали топливные элементы, способные работать при температуре выше 100 ° C, что позволяет упростить системы топливных элементов за счет лучшего управления теплом и водой. Хотя для обеспечения долговечности, необходимой для применения в тяжелых условиях, необходима дополнительная работа, это исследование предлагает решение для изготовления высокоэффективных топливных элементов в жарких и сухих условиях.

Достижения в области технологии топливных элементов также поддерживают инициативу Intermountain West Energy Sustainability & Transitions (I-WEST), которая разрабатывает технологическую дорожную карту для перехода западной части Соединенных Штатов к экономически устойчивой, углеродно-нейтральной энергетической системе. Дорожная карта наметит пути решения проблем Межгорными Западными штатами, использования возможностей и построения справедливой стратегии перехода к энергетике.

Как они работают

Обычные высокотемпературные полимерно-электролитные мембранные топливные элементы используют фосфорную кислоту в качестве электролита на электроде. В ходе этого исследования команда из Лос-Аламоса разработала полимерный электролит, состоящий из фосфонированного полимера и перфторсульфоновой кислоты. В этой композитной структуре электролита команда обнаружила, что протон из перфторсульфоновой кислоты переходит в фосфонированный полимер и значительно повышает протонную проводимость. Используя композитный полимерный электролит, исследователи смогли достичь номинальной плотности мощности топливного элемента почти 800 милливатт на квадратный сантиметр при 160 ° C, что на 60 процентов выше, чем у топливных элементов на основе фосфорной кислоты.

Это исследование является результатом работы Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства энергетики (DOE) -Energy (ARPA-E), направленной на разработку инновационных высокотемпературных топливных элементов с полимерным электролитом для транспортных применений. Это исследование также поддерживает Управление по водородным технологиям и топливным элементам Министерства энергетики США по энергоэффективности и возобновляемым источникам энергии (EERE-HFTO) "L'innovator" - программу, поддерживаемую Управлением по водородным технологиям и топливным элементам Министерства энергетики США для ускорения коммерциализации инновационных технологий водорода и топливных элементов, разработанных в национальных лабораториях для обеспечения надежного водородного и отечественная промышленность топливных элементов и база поставок.

Финансирование: Министерство сельского хозяйства ARPA-E, МИНИСТЕРСТВО сельского хозяйства EERE HFTO