Более эффективные и долговечные топливные элементы необходимы для тяжелых водородных транспортных средств, работающих на топливных ячейках, в качестве альтернативы аналогам, работающим на топливе внутреннего сгорания.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса, Швеция, разработали инновационный метод изучения и понимания того, как части топливных элементов разрушаются со временем. Это важный шаг на пути к повышению производительности топливных элементов и их коммерческому успеху.
Водород – это альтернативный вид топлива, который становится все более востребованным в автомобилях большой грузоподъемности. Автомобили, работающие на водороде, выделяют в качестве выхлопных газов только водяной пар, а если водород производится с использованием возобновляемых источников энергии, то выбросы углекислого газа полностью отсутствуют. В отличие от электромобилей, работающих на батареях, водородным автомобилям не нужно перегружать электросеть, поскольку водород можно производить из дешевого электричества и хранить. В некоторых автомобилях, работающих на водороде, в качестве движителя используются так называемые топливные элементы. Однако транспортные средства, работающие на водородных топливных элементах, ограничены относительно коротким сроком службы, поскольку компоненты топливных элементов, такие как электроды и мембраны, со временем изнашиваются. Именно этой проблеме посвящено недавнее исследование.
Исследователи из Технологического университета Чалмерса разработали новый метод изучения того, что влияет на старение топливных элементов, путем отслеживания конкретной частицы в топливном элементе во время его использования. Команда исследователей изучила жизненный цикл топливного элемента, регулярно разбирая его на части. Используя современные электронные микроскопы, они смогли проследить, как разрушается катодный электрод в определенных местах в течение нескольких циклов использования. Предыдущие исследования проводились на так называемых полуэлементах, которые похожи (но не идентичны) на половину топливного элемента и проводятся в условиях, значительно отличающихся от условий реального топливного элемента.
«Ранее предполагалось, что на производительность повлияет разборка топливного элемента и его изучение таким образом, как это сделали мы, но оказалось, что это предположение неверно, что удивительно», – сказал руководитель исследования Бьерн Викман, доцент физического факультета университета Чалмерса.
Исследователи из компании Chalmers смогли изучить, как материал топливного элемента разлагается как на нано-, так и на микроуровне, и точно определить, когда и где происходит разрушение. Это дает ценную информацию для разработки новых и усовершенствованных топливных элементов с более длительным сроком службы.
«Если раньше мы рассматривали только процесс старения топливного элемента после использования, то теперь мы смогли изучить промежуточные стадии», – сказала Линнеа Страндберг из университета Чалмерса. «Возможность проследить за одной выбранной частицей в пределах определенной области позволила значительно лучше понять процессы разложения. Более глубокое изучение этих процессов является важным шагом на пути к разработке новых материалов для топливных элементов или к корректировке управления топливным элементом».
Новый метод открывает путь к созданию топливных элементов с более длительным сроком службы
Министерство энергетики США (DOE) отметило, что увеличение срока службы топливных элементов является одной из важнейших целей, которую необходимо достичь, прежде чем транспортные средства на водородных топливных элементах смогут стать коммерчески успешными. По мнению представителей отрасли, грузовик должен быть способен выдерживать 20 000 – 30 000 часов эксплуатации в течение всего срока службы, чего сегодня не может достичь грузовик на водородных топливных элементах.
«Теперь мы заложили фундамент, на котором можно строить разработку более совершенных топливных элементов. Мы знаем больше о процессах, происходящих в топливном элементе, и о том, на каком этапе срока службы топливного элемента они происходят. В будущем этот метод будет использован для разработки и изучения новых материалов, которые могут продлить срок службы топливного элемента», – сказал Бьерн Викман.
Факты: как работает топливный элемент
Ядро топливного элемента состоит из трех активных слоев, двух электродов — анода и катода соответственно — с ионопроводящей мембраной посередине. Каждый отдельный элемент обеспечивает напряжение около 1 вольта. Электроды содержат каталитический материал, на котором реагируют водород и кислород. В результате электрохимического процесса образуется чистая вода и электричество, которое может быть использовано для питания автомобиля.
Пьезоэлектрический резонатор бьёт рекорды КПД преобразования постоянного тока
Компания CEA-Leti усовершенствовала свои предыдущие инновации в области преобразования электрической энергии с использованием пьезоэлектрических резонаторов и создала двухмостовой пьезоэлектрический преобразователь, обеспечивающий гальваническую изоляцию без необходимости использования трансформаторов. 26.09.2024 54 0 0Новое исследование открывает путь к масштабируемым квантовым процессорам
Квантовые компьютеры кодируют и обрабатывают информацию с помощью квантовых битов, или кубитов, которые определяются двумя состояниями квантовых систем, таких как электроны или фотоны. В отличие от классических компьютеров, которые используют двоичные биты, равные либо нулю, либо единице, кубиты могут существовать в суперпозиции обоих состояний одновременно. Это уникальное свойство позволяет квантовым компьютерам выполнять определенные вычисления в геометрической прогрессии быстрее, чем даже самые мощные на сегодняшний день суперкомпьютеры. 26.09.2024 54 0 0Google поддержит стартап, целью которого является внедрение смешанной реальности в любой автомобиль, лобовое стекло или кабину самолета
Distance Technologies, финский стартап, целью которого является внедрение технологии смешанной реальности в любое лобовое стекло автомобиля или кабину самолета, привлек 10 миллионов евро (11,1 миллиона долларов) финансирования от GV, венчурного подразделения Алфавит и других инвесторов. 26.09.2024 54 0 0Гаджет для экстремального качества видео: камера Павла Ахтеля с разрешением 18,7K
Компания Sphere Entertainment, создатель светодиодного купола Sphere в Лас-Вегасе, раскрыла подробности о своей системе камер со сверхвысоким разрешением, которая используется для захвата контента для нового места проведения мероприятия. Купол, под которым уже проходили концерты U2, оснащен самым большим в мире светодиодным экраном с высоким разрешением, который обволакивает аудиторию и окружает ее для создания «полностью иммерсивной визуальной среды». Чтобы захватить контент для этого дисплея площадью 160 000 квадратных футов с разрешением 16K × 16K, собственной студией была разработана система камер Big Sky. 26.09.2024 68 0 0