Инновации в области нанопроводов: революция в топливных элементах с повышенной долговечностью

Автор: Национальная лаборатория Лос-Аламоса, 28 августа 2023 г.

Вертикально ориентированные коаксиальные нанопроволоки в электроде с протонами, транспортируемыми в иономерном ядре внутри нанопроволоки. Электроны, транспортируемые в оболочке из платиновой нанопленки, соединяются с кислородом, завершая катодную реакцию топливного элемента. Кредит ЛАНЛ

Инновационная конструкция топливных элементов предлагает потенциальные преимущества для грузовых автомобилей большой грузоподъемности и различных других применений экологически чистых топливных элементов. Многообещающая и более надежная конструкция топливных элементов может помочь трансформировать грузовые автомобили большой грузоподъемности и другие виды применения экологически чистых топливных элементов. Состоящий из нанопроводов, которые менее подвержены коррозии, чем другие конструкции, инновационный электрод — сердце топливного элемента с полимерным электролитом и мембраной — может открыть новую эру топливных элементов, которые используют водород в качестве экологически чистой энергии для транспортных средств.

«На практике это означает, что мы можем иметь более долговечный топливный элемент, который обеспечит высокую экономию топлива в течение более длительного срока службы», — сказал Джейкоб Спенделоу, ученый из команды Лос-Аламосской национальной лаборатории, который описал свои результаты в журнале. Передовые материалы. «Эта работа демонстрирует, что мы можем избавиться от традиционных подложек катализаторов на основе углерода, устранив проблемы деградации, связанные с углеродной коррозией, и при этом добиться высоких характеристик топливных элементов».

Повышенная долговечность делает этот топливный элемент многообещающим кандидатом для использования в тяжелых грузовых автомобилях, где важен срок службы топливных элементов, превышающий 25 000 часов.

Коаксиальный нанопроволочный электрод (CANE) состоит из массива вертикально ориентированных нанопроволок, в которых каждая нанопроволока содержит каталитически активную платиновую пленку, окружающую ионопроводящее полимерное ядро. Избегая использования катализаторов на основе углерода, CANE устраняет распространенные механизмы деградации, связанные с углеродной коррозией.

Чтобы оценить долговечность нового топливного элемента, команда Национальной лаборатории Лос-Аламоса провела ускоренные стресс-тесты. Примечательно, что CANE потерял всего 2% своей производительности после прохождения 5000 циклов стресс-тестов, направленных на материалы опоры. Напротив, производительность традиционного углеродного электрода снизилась на 87%.

Использование коаксиальных нанопроволок — одна из нескольких новых конструкций топливных элементов, созданных в Национальной лаборатории Лос-Аламоса; Конструкция электрода с желобками была недавно описана в журнале Nature Energy.

Ссылка: «Коаксиальные нанопроволочные электроды обеспечивают исключительную долговечность топливных элементов», Гаоцян Ян, Сиддхарт Комини Бабу, Випула П.Р. Лиянаге, Улисес Мартинес, Дмитрий Руткевич, Рангачари Мукундан, Родни Л. Боруп, Дэвид А. Каллен и Джейкоб С. Спенделоу, 19 июня 2023, Передовые материалы. DOI: 10.1002/adma.202301264.

Финансирование: Эта работа была поддержана Управлением по технологиям водорода и топливных элементов Министерства энергетики США (DOE-HFTO) через консорциум Million Mile Truck Cell Truck, а также программу исследований и разработок под руководством лаборатории в Национальной лаборатории Лос-Аламоса. Эта работа частично выполнялась в Центре интегрированных нанотехнологий, научно-исследовательском центре Управления науки Министерства энергетики США. Электронная микроскопия проводилась в Центре наук о нанофазных материалах, пользовательском помещении Управления науки Министерства энергетики США в Национальной лаборатории Ок-Ридж.