Идея автомобиля, работающего на воде, уже давно привлекает воображение людей, но некоторые исследователи продолжают стремиться к её реализации. Американские учёные заявляют о создании катализатора на основе железа, который может сделать водородные батареи коммерчески успешными.
Водородные батареи нередко сдерживаются не конструкцией, которая уже существуют, а высокими расходами на катализатор. Обычно он изготавливается из платины, крайне дорогого материала, но необходимый для функционирования топливного элемента. Группа исследователей из нескольких американских университетов работала над созданием катализатора на основе железа для снижения затрат. Результаты исследования были опубликованы 7 июля 2022 года в журнале. .
Термин «топливный элемент» достаточно точен. Такой прибор выполняет задачи, схожие с обычной батареей, но функционирует по-другому. В топливном элементе энергия не исчерпывается и его не нужно заряжать. Он производит энергию до тех пор, пока к нему подаётся топливо. Учёные указывают, что топливные элементы применимы в разных сферах и обладают низким уровнем выбросов или вовсе лишены их.
Поэтому выступают привлекательными с энергетической точки зрения. При работе водородной батареи единственным продуктом реакции является вода. Такой шаг способен вызвать «зеленую» энергетическую революцию, при которой всё – начиная с ноутбуков и заканчивая локомотивами – будет функционировать на топливе, единственным продуктом которого является вода. «, — говорится в релизе Университета Буффало.
По мнению ученых, эта идея приблизилась к реальности. Разработан катализатор, основанный не на платине, а на железе — материале, значительно более доступном по цене. Катализатор – элемент или вещество, которое своим присутствием вызывает химическую реакцию, и он играет ключевую роль в работе топливного элемента. Именно при контакте с этим катализатором атомы водорода вступают в реакцию, распадаясь на электроны и ядра водорода.
Испытания железных катализаторов уже проводились ранее. Ученые отмечают, что данные испытания показали недостаточную прочность таких катализаторов для эксплуатации в высококоррозионной и окислительной среде, характерной для топливных элементов.
В этот раз исследователи действовали иначе: использовали не только железо, но и соединили четыре атома азота с ним. Материал также встроен в несколько слоев графена «с точным атомным контролем локальных геометрических и химических структур», — поясняет Ганг Ву, ведущий автор исследования. Полученный катализатор прослужил так же долго, как катализаторы с платиной, и отвечает требованиям Министерства энергетики США по плотности электрического тока.
«Это готовилось годами«, — говорит Ганг Ву. «Это настоящий прорыв, который в будущем раскроет большой потенциал водородных топливных элементов. Исследование может послужить основой для создания более доступных водородных аккумуляторов. Впрочем, учёные продолжают дорабатывать свой образец.