25 февраля 2019

Ученые предложили способ удешевления топливных элементов электромобилей

Электромобиль Toyota Mirai

Исследователи из нескольких американских университетов предложили методику, помогающую выбрать оптимальное количество металла для электродов автомобильных ТЭ. Подход может помочь удешевить технологию и ускорить ее распространение.

В проекте участвовали специалисты университетов Пердью, Джона Хопкинса и Калифорнийского университета Ирвина, сообщает sciencedaily.com. Результаты представлены в журнале Science.

Внимание группы было сосредоточено на ТЭ, вроде системы, установленной на новой Toyota Mirai. Автомобиль не выделяет выхлопных газов, но его использование за пределами Калифорнии ограничено из-за дорогих платиновых электродов. Исследователи использовали силы, действующие на металлической поверхности, для определения оптимальной толщины элементов.

Свою теорию команда протестировала на палладии, схожим по характеристикам с платиной.

«Мы меняли свойства тонких металлических листов, выступающих электрокатализаторами в электродах, — сказал профессор Джеффри Грили из Университета Пердью. – Конечная цель – протестировать методику на разных металлах».

В прошлом ученые пытались использовать внешние силы для растягивания или сжатия поверхности электрокатализаторов. Но такой подход уменьшал стабильность структур. С помощью компьютерных симуляций группа Грили предсказала, что лучше манипулировать внутренними силы на поверхности палладиевых катализаторов. Согласно расчетам, для оптимизации их работы будет достаточно структуры из 5 слоев, толщиной 1 атом каждый.

«Это напоминает некоторые архитектурные объекты, не нуждающиеся во внешних балках и колоннах за счет распределения и баланса растягивающих и сжимающих усилий», — сказал Чженьхуа Чжен, один из первых и ответственных авторов.

Опыты, проведенные в лаборатории Чао Ванга из Университета Джона Хопкинса, подтвердили прогнозы симуляций. Они показали, что метод может повысить активность катализаторов в 10-50 раз, используя на 90% меньше металла, чем в существующих электродах для ТЭ. Добиться этого позволили поверхностные усилия в структурах атомарной толщины, поддерживающие определенное расстояние между атомами.

«Меняя толщину, мы добились большего напряжения. За счет этого можно ускорять желаемые реакции», — сказал Ванг.