Инженеры из Университета Западной Вирджинии создали топливный элемент, который может переключаться между выработкой и накоплением энергии, а заодно производить водород из воды. Эта технология — шаг к гибкой энергосистеме, способной работать с непостоянными источниками вроде солнца и ветра.

Результаты опубликованы в издании Nature Energy.

Обычные аналоги не выдерживают долгой работы в промышленных масштабах: перегреваются, разрушаются под воздействием пара, плохо проводят протоны. Но новая разработка решает все три проблемы.

Наш элемент покрыт специальным катализатором, который стабилен в паре, впитывает воду и не трескается при перепадах температур, — объясняет Синбо Лю, профессор материаловедения. — Протоны, тепло и электричество свободно проходят через структуру.

Прототип проработал больше 5000 часов при 600°C и влажности 40%, расщепляя молекулы воды на водород и электричество.

Предыдущий рекорд — 1833 часа, и тот элемент со временем терял эффективность.

Старые технологии не годились для масштабирования, — говорит Лю. — Наш дизайн одинаково хорошо работает в режимах накопления и выработки энергии. Мы протестировали систему, которая хранит водород и использует его в реакциях. Она оставалась стабильной даже при частых переключениях между режимами.

Ключевые улучшения:

• Добавлен ион бария — удерживает воду, улучшая движение протонов.
• Использован никель — позволяет создавать крупные элементы без деформаций.
• Работает на соленой или низкокачественной воде, а не только на очищенной.

Мы доказали, что можно создать мощные и устойчивые топливные элементы для промышленности, — резюмирует Ханьчэнь Тянь, ведущий автор исследования.

Главное преимущество — стабильность. Современные энергосети страдают от перепадов: солнце скрылось, ветер стих — и вот уже дефицит. Эта технология позволяет накапливать избыток энергии в виде водорода, а потом использовать его при пиковых нагрузках.

Водород — универсальный носитель. Его можно применять в промышленности, транспорте, даже возвращать в сеть через топливные элементы. А возможность работать с соленой водой снижает затраты — не нужны дорогие системы очистки.

Отметим, что исследователи не уточняют стоимость производства. Промышленное внедрение требует дешевых материалов и простых процессов. Если элемент окажется дороже аналогов, его коммерческий успех под вопросом.

Ранее стало известно, что в России завершили первый этап проектирования исследовательского жидкосолевого реактора.