Появилась концепция устойчивых полимерных электролитов для топливных элементов

Исследовательская группа под руководством Ацуси Норо из Университета Нагоя, Япония, представила новую концепцию дизайна электролитов для топливных элементов, в которой используется полимер фосфоновой кислоты с углеводородными спейсерами.

Эта инновационная концепция позволяет топливным элементам эффективно работать в условиях высоких температур (выше 100°C) и низкой влажности, устраняя важнейшие препятствия для их более широкого использования.

Исследование опубликовано в журнале ACS Applied Polymer Materials.

Электрохимически реагируя с водородом и кислородом, топливные элементы вырабатывают электричество, выделяя при этом только воду, что подчеркивает их возможности использования в качестве экологически чистой энергии. Однако полимеры перфторсульфоновой кислоты, тип пер- и полифторалкильных веществ (PFAS), широко используемых в топливных элементах, вызывают обратную реакцию. Присутствие PFAS в окружающей среде и их накопление в живых организмах послужило причиной принятия регулирующих мер во многих странах.

В отличие от PFAS, углеводородные полимеры фосфоновой кислоты не содержат фтора, что делает их менее склонными к сохранению в окружающей среде. Эти полимеры также демонстрируют умеренную химическую стабильность в условиях высокой температуры и низкой влажности. Несмотря на эти преимущества, плохая проводимость и гидрофильная природа фосфоновых кислотных групп, которые притягивают воду, ограничивают их применение, что может привести к растворению во влажной среде.

Чтобы преодолеть эти трудности, компания Noro ввела гидрофобный спейсер между основой полимера и группами фосфоновой кислоты в углеводородный полимер фосфоновой кислоты. Это позволило добиться нерастворимости в воде, химической стабильности и умеренной проводимости даже при высоких температурах и низкой влажности. Кроме того, гидрофобный спейсер эффективно отталкивал воду, обеспечивая стабильность материала.

Новая мембрана продемонстрировала значительно более высокую нерастворимость в горячей воде по сравнению с мембраной из полистирола фосфоновой кислоты без гидрофобного спейсера и коммерчески доступной мембраной из сшитого сульфонированного полистирола.

«В условиях 120°C и относительной влажности 20% проводимость разработанной мембраны в 40 раз выше, чем у мембраны из полистирола с фосфоновой кислотой, и в 4 раза выше, чем у мембраны из сшитого сульфонированного полистирола», — сказал Норо.

Создание топливного элемента, работающего в условиях низкой влажности и высокой температуры, дает много преимуществ для автомобилей на топливных элементах, — продолжает Норо.

Во-первых, реакции на электродах топливного элемента протекают быстрее при более высоких температурах, что повышает общую производительность топливного элемента и эффективность выработки электроэнергии.

Во-вторых, уменьшается отравление электродов окисью углерода (СО), поскольку следовые количества СО в водородном топливе склонны адсорбироваться на катализаторе при более низких температурах, но не при более высоких.

В-третьих, топливный элемент получает более эффективный отвод тепла при высоких температурах, что позволяет упростить конструкцию системы охлаждения и отказаться от внешнего увлажнения, что делает системы более легкими и компактными.

Ранее ученые объявили о том, что не за горами создание дешевых водородных топливных элементов.

10.12.2024


Подписаться в Telegram



Энергия

От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир

Мир хранения энергии меняется благодаря кванто...

Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию
Квантовый секрет растений: как природа превращает свет в энергию

Превращение солнечной энергии в химическу...

Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров
Аккумуляторная революция: Франция строит завод мечты для электрокаров

Европейская комиссия дала зеленый свет огромно...

1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии
1066 секунд: Китай приблизился к созданию неисчерпаемого источника энергии

Стремление Китая использовать энергию звезд до...

Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму
Термоядерный прорыв: SMART добыл первую плазму

Токамак SMART успешно произвел первую плазму, ...

В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%
В ТПУ добавили отходы в пеллеты и снизили выбросы CO2 на 20%

Ученые Томского политехнического университета ...

Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии
Тепло шахтных вод: Великобритания приближается к чистой энергии

Живая лаборатория по использованию тепла ...

JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей
JES: Разработан революционный материал для литий-ионных батарей

Глобальная гонка за увеличение срока служ...

AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии
AM&I: Пористые электроды из оксида кремния — прорыв в хранении энергии

Батареи стали неотъемлемым компонентом совреме...

AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка
AC: Разработаны безопасные и стабильные батареи на основе цинка

Перезаряжаемые литий-ионные батареи питают все...

В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики
В МИСИС разработали термоэлектрик для зеленой энергетики

Новый метод производства материалов, которые м...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Платиновая корона и танец молекул: как газы меняют структуру материала
Платиновая корона и танец молекул: как газы меняют структуру материала
PRSBBS: Почему макаки чешутся перед плохими решениями
PRSBBS: Почему макаки чешутся перед плохими решениями
13 миллиардов лет назад: как темная материя управляла галактиками
13 миллиардов лет назад: как темная материя управляла галактиками
Луна, птицы и бактерии: как наука стала главным героем дня в Казани
Луна, птицы и бактерии: как наука стала главным героем дня в Казани
День науки в КАИ: двигатели, стартапы и квантовые технологии
День науки в КАИ: двигатели, стартапы и квантовые технологии
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Ферменты против похмелья: как новый сенсор изменит медицину и не только
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Сок под микроскопом: ученые научились ловить опасный гербицид за 20 минут
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
Молодые ученые против COVID-19 и хронических ран: как открытия изменят медицину
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
Питомниковый кашель больше не проблема: появились быстрые тесты для собак
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
10 секунд до чистоты: история устройства, которое изменило дезинфекцию
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
Сорняк-разрушитель или лекарство будущего: ученые открыли секрет рейнутрии
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
Энергия будущего: низкотемпературная плазма и ее невероятные возможности
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир
От лаборатории к реальности: как кристаллы времени заряжают мир

Новости компаний, релизы

Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
Три представительницы Республики Татарстан стали победителями Всероссийского конкурса Знание.Лектор
Калужан приглашают к участию в XIII сезоне Международного инженерного чемпионата CASE-IN
В Калуге обсудили меры поддержки молодых учёных региона
Молодых и заслуженных ученых наградили в Хабаровске