Нови полимерни горивни клетки работят при по-високи температури

Нова високотемпературна полимерна горивна клетка, която работи при 80 – 160°C и е с по-висока плътност на мощността от тази на последните достижения в областта, решава дългосрочния проблем с прегряването – едно от най-съществените технически препятствия пред използването на средно до много мощни горивни клетки в транспортни средства като камиони и автобуси.

Тъй като настоящите горивни клетки работят при 60 – 80°C, за тях са необходими големи радиатори и количества въздух, за да се осигури достатъчна степен на охлаждане. За да разрешат този проблем, учени от Щатската национална лаборатория Лос Аламос разработват нова полимерна горивна клетка, която функционира при високи температури.

“Горивните клетки са устройства за преобразуване на енергия, които произвеждат електричество чрез електрохимично комбиниране на водород и кислород от въздуха. Както другите електрически превозни средства, така и тези с горивни клетки са с нулеви емисии – те не отделят емисии на вещества, свързани с образуването на смог, или емисии на парникови газове. Освен това водородът може да бъде произвеждан от различни ресурси с потенциал за нулеви емисии на парникови газове”, обяснява Ю Сонг Ким от Групата по синтез на материали и интегрирани устройства към лабораторията в Лос Аламос. Водородните клетки са добър вариант за средни и тежкотоварни превозни средства, включително камиони и автобуси, но намират приложение и в железопътния, морския и въздушния транспорт.

Електрификацията на бъдещите средно- и тежкотоварни превозни средства, независимо дали с батерии или водородни горивни клетки, се налага предвид глобалните усилия за редуциране на емисиите от транспорта. В сравнение със захранваните с батерии превозни средства, тези с горивни клетки предлагат бързо зареждане и адекватно съхранение на енергия за приложения с дълъг пробег. В продължение на няколко десетилетия изследователи проучват горивни клетки, които могат да функционират при над 100°C, давайки възможност за по-опростени системи чрез по-добро управление на охлаждането. Въпреки че е необходима още работа за установяване на издръжливостта, необходима за тежкотоварни приложения, новото проучване предоставя решение за производство на високоефективни горивни клетки при горещи и сухи условия.

Конвенционалните високотемпературни мембранни горивни клетки с полимерен електролит използват фосфорна киселина като електролит при електрода. Екипът от Лос Аламос създава полимерен електролит от фосфониран полимер и перфлуоросулфонова киселина. В тази композитна електролитна структура учените откриват, че протон от перфлуоросулфоновата киселина преминава към фосфонирания полимер и драстично подобрява протонната проводимост. Благодарение на композитния полимерен електролит изследователите успяват да постигнат номинална плътност на мощността на горивната клетка от близо 800 mW при 160°C, което е подобрение с 60% спрямо базираните на фосфорна киселина горивни клетки.

Проучването е резултат на Агенцията за перспективни изследователски проекти – енергия (ARPA-E) на Министерството на енергетиката на САЩ. Инициативата цели разработването на иновативни високотемпературни горивни клетки с полимерен електролит за транспортни приложения.