Новые топливные элементы с удвоенным рабочим напряжением по сравнению с водородом

Электрификация транспортного сектора - одного из крупнейших потребителей энергии в мире - имеет решающее значение для будущей энергетической и экологической устойчивости.

Электрификация этого сектора потребует использования мощных топливных элементов (либо отдельно, либо в сочетании с аккумуляторами) для облегчения перехода на электричество, причем везде, от легковых и грузовых автомобилей до лодок и самолетов.

Жидкостные топливные элементы

Жидкостные топливные элементы являются привлекательной альтернативой традиционным водородным топливным элементам, поскольку они исключают необходимость транспортировки и хранения водорода. Они могут помочь в питании беспилотных подводных аппаратов, беспилотных летательных аппаратов и, в конечном счете, электрических самолетов - и все это при значительно более низких затратах. Эти топливные элементы могут также служить расширителями дальности действия для электромобилей, работающих от аккумуляторных батарей, тем самым способствуя их внедрению.

Подписывайтесь на наш youtube канал!

В настоящее время специалисты инженерной школы МакКелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе разработали мощные боргидридные топливные элементы прямого действия (DBFC), которые работают при удвоенном напряжении по сравнению с обычными водородными топливными элементами. Их исследования были опубликованы 17 июня в журнале Cell Reports Physical Science.

Группа исследователей, возглавляемая Виджеем Рамани, Рома Б. и Раймондом Х. Витткоффом, стала пионером в области разработки реагента: определения оптимального диапазона скоростей потока, архитектуры поля потока и времени пребывания, обеспечивающего работу на большой мощности. Этот подход направлен на решение ключевых проблем, связанных с DBFC, а именно: надлежащее распределение топлива и окислителей и смягчение паразитарных реакций.

Важно отметить, что группа продемонстрировала рабочее напряжение на одном элементе в 1,4 или более раз, что в два раза больше, чем у обычных водородных топливных элементов, при этом пиковая мощность приближается к 1 Вт/см2. Удвоение этого напряжения позволило бы создать более компактную, легкую и эффективную конструкцию топливных элементов, что дает значительные габаритные и объемные преимущества при сборке нескольких элементов в штабель для коммерческого использования. Их подход широко применим к другим классам жидкостных топливных элементов.

"Реактивно-транспортный инженерный подход обеспечивает элегантный и легкий способ значительного повышения производительности этих топливных элементов при одновременном использовании существующих компонентов", - сказал Рамани. "Соблюдая наши рекомендации, даже нынешние промышленные жидкостные элементы, работающие на жидком топливе, могут добиться улучшения эксплуатационных характеристик".

Ключом к усовершенствованию любой существующей технологии топливных элементов является уменьшение или устранение побочных реакций. Большая часть усилий по достижению этой цели связана с разработкой новых катализаторов, которые сталкиваются со значительными препятствиями при внедрении и развертывании на местах.

"Производители топливных элементов, как правило, неохотно тратят значительные средства или усилия на внедрение нового материала", - сказал Шрихари Санкарасубраманиан, старший научный сотрудник по исследованиям в команде Рамани. "Но достижение тех же или лучших улучшений с их существующими аппаратными средствами и компонентами меняет ситуацию в лучшую сторону".

"Пузырьки водорода, образующиеся на поверхности катализатора, уже давно являются проблемой для непосредственных натриевых борогидридных топливных элементов, и ее можно свести к минимуму благодаря рациональному проектированию проточного поля", - сказал Чжонъян Ван, бывший сотрудник лаборатории Рамани, получивший докторскую степень в Университете Вашингтона в 2019 году и в настоящее время обучающийся в Притцкеровской школе молекулярной инженерии при Чикагском университете. "С развитием этого транспортного подхода, основанного на применении реактивов, мы находимся на пути к расширению масштабов и внедрению".

Рамани добавил: "Эта многообещающая технология была разработана при постоянной поддержке Управления военно-морских исследований, которую я с благодарностью отмечаю. Мы находимся на этапе масштабирования наших элементов в штабеля для применения как на подводных аппаратах, так и на беспилотных летательных аппаратах".

Технология и ее основы являются предметом патентной заявки и доступны для лицензирования. опубликовано econet.ru по материалам techxplore.com

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet