Создание экологически чистых источников электроэнергии, работающих на топливных элементах с этанолом

Первый автомобиль с топливными элементами на основе этанола был разработан в 2007 году, однако дальнейшие разработки промышленных образцов были приостановлены по причине низкой эффективности батарей, высокой стоимости катализаторов и риска отравления оксидом углерода, который образуется в реакциях внутри топливного элемента

Группа учёных в области альтернативных источников энергии в Университете штата Орегон во главе с доцентом Чжэньсин Фэном для решения этих проблем разработала высокоэффективные катализаторы из сплава палладия, в которых используется меньше драгоценного металла, чем в нынешних катализаторах на основе палладия.

Фен и его сотрудники из штата Орегон, при участии учёных Университета Центральной Флориды и Университета Питтсбурга обнаружили, что введение атомов фтора в палладий-азот-углеродные катализаторы имело ряд положительных эффектов, в том числе поддержание стабильности энергоемких ячеек в течение почти 6000 часов. Катализатор - это вещество, которое увеличивает скорость реакции без каких-либо постоянных химических изменений.

Топливный элемент основан на химической энергии водорода или других видов топлива для экологически чистого и эффективного производства электроэнергии. Эти элементы могут иметь широкий спектр использования – от коммунальной электростанции и до портативного компьютера.

«Наша команда показала, что введение атомов фтора в катализаторы палладий-азот-углерод изменяет среду вокруг палладия, и это улучшает как активность, так и долговечность двух важных реакций в ячейке: реакции окисления этанола и реакции восстановления кислорода», - сказал Фенг. - «Усовершенствованные характеристики синхротронной рентгеновской спектроскопии, сделанные в Аргонне, показывают, что введение атома фтора создаёт более богатую азотом поверхность палладия, которая благоприятна для катализа. Долговечность повышается за счет ингибирования миграции палладия и уменьшения углеродной коррозии».

Этанол, также известный как этиловый спирт, состоит из углерода, водорода и кислорода и является активным ингредиентом алкогольных напитков. В основном он производится естественным путем в результате ферментации сахаров дрожжами и может быть получен из многих источников, включая кукурузу, пшеницу, зерно сорго, ячмень, сахарный тростник, сладкое сорго.

Жидкий этанол, который легко хранить и транспортировать, может давать больше энергии на килограмм, чем другие виды топлива, такие как метанол или чистый водород. Кроме того, отмечает Фэн, инфраструктура для производства и распределения этанола уже существует, что делает топливные ячейки с этанолом привлекательным вариантом для замены двигателей внутреннего сгорания.

Результаты исследования были опубликованы 29 ноября 2021 года в журнале Nature Energy.