Они предложили новый способ напыления катализатора на них. Он экономичнее, а в своей производительности не уступает аналогам.
В настоящее время во всем мире развивается водородная энергетика. Это связано с сокращением объема потребления нефтепродуктов. Некоторые эксперты считают, что совсем скоро, придерживаясь этой тенденции, станет возможным достичь экологически чистого производства и транспортировки. Многие страны заинтересованы во внедрении водорода как основного инновационного вида топлива. Это связано с тем, что достигается высокая энергетическая эффективность и экологическая чистота источников энергии. При получении такой энергии не страдает окружающая среда, ведь выброс в атмосферу загрязняющих веществ нулевой. К прочим плюсам относятся: бесшумность производства, быстрый запуск и мобильность топливных элементов.
Пензенские исследователи предложили инновационный способ сборки полимерных электролитических мембран для электрохимического генератора. Электрохимический генератор (водородно-кислородный топливный элемент) используется для преобразования водорода в электрическую энергию.
Главный разработчик проекта «Синтез гетерогенных наноструктурированных катализаторов на поверхности полимерных ионообменных мембран», аспирант ПГУ Максим Новичков пояснил, для чего нужны ПЭМ.
«Как правило, современные водородно-кислородные топливные элементы состоят из двух электродов — катода и анода. Их разделяет мембрана — ПЭМ. В исходном виде у нее низкая производительность. Чтобы ее повысить вводят на поверхность катализатор. В ту область, где происходит реакция, — в то место, где водород преобразовывается в электрическую энергию», — рассказал Максим Новичков.
Отметим, в исходном виде у мембран коэффициента полезного действия (КПД) — порядка 10%, а с катализатором — 50–60%. К примеру, автомобиль на водородном топливе, куда будет установлен элемент с такой мембраной, может проехать в 1,5–2 раза дальше, чем электромобиль.
Наноразмерные катализаторы в настоящее время получают различными способами — физическими и химическими. Они дорогостоящие и не всегда отвечают требуемым функциональным свойствам.
«К примеру, покрытия, полученные химическим методом, имеют низкую прочность. А физическим — имеют малую удельную площадь поверхности. Значит имеют низкую производительность, несмотря на высокую стоимость таких методов», — добавил Максим Новичков.
К прочим недостаткам относится и несовершенство процесса нанесения такого покрытия на мембрану, при котором может произойти ее повреждение.
Пензенские исследователи смогли обойти эти недостатки и предложили метод формирования наноструктурированных катализаторов на основе платины.
Их комбинированный способ происходит при низкой температуре — низкотемпературный синтез гетерогенного каталитического покрытия. Это позволяет исключить возможность повреждения мембраны.
«На ее поверхность магнетронным распылением (диодный газовый разряд в скрещенных полях) наносим абсорбционные центры из более дешевых металлов, таких как никель — это такой зародышевый слой, чтобы наш катализатор крепко держался. Потом химически осаждаем платину. Это позволяет сделать катализатор, обладающий высокопористой структурой. А значит способный увеличить площадь поверхности, на которой протекает реакция и как следствие вырабатываемый ток», — пояснил Максим Новичков.
Полимерная электролитическая мембрана с таким катализатором будет иметь структуру, препятствующую вымыванию катализатора.
«Простыми словами катализатор — это материал, позволяющий вырабатывать электрическую энергию из водорода в разы больше. От структуры катализатора зависит срок службы мембраны, а значит и устройства, в которое она будет встроена. Мы предлагаем способ создания катализатора с высокой активностью и устойчивостью, — добавил исследователь.
В этом году научный коллектив получил «Ректорский грант» на реализацию проектного решения. В планах протестировать несколько десятков мембран.
