Фантазия об автомобиле, работающем на воде, существует уже давно, но некоторые исследователи не прекращают попыток воплотить эту идею в жизнь. Группа американских ученых утверждает, что им удалось создать катализатор на основе железа. Этот шаг может сделать водородную батарею коммерчески жизнеспособной.

Ведь одним из главных препятствий для использования водородных батарей является даже не столько само устройство, поскольку оно уже существует. Катализатор, используемый внутри, обычно изготавливается из платины, чрезвычайно дорогого материала. Однако катализатор необходим для работы топливного элемента. Поэтому группа исследователей, в которую входят несколько американских университетов, работала над катализатором на основе железа, чтобы снизить затраты. Исследование было опубликовано 7 июля 2022 года в журнале Nature Energy.

Давайте вернемся к термину «топливный элемент». Его название на самом деле вполне буквальное. Этот тип устройств выполняет примерно те же функции, что и обычная батарея, но работает совершенно по-другому. В топливном элементе не заканчивается энергия, и его не нужно подзаряжать. Он способен вырабатывать энергию до тех пор, пока к нему поступает топливо. Топливные элементы, объясняют ученые, могут использоваться во многих различных контекстах и имеют очень низкий уровень выбросов или не имеют их вообще.

Поэтому они весьма желательны с энергетической точки зрения. В случае водородной батареи единственным продуктом сгорания является вода. «Такой прогресс может привести к «зеленой» энергетической революции, когда все — от ноутбуков до локомотивов — будет работать на топливе, единственным побочным продуктом которого является вода«, — говорится в релизе Университета Буффало.

По мнению ученых, эта идея только что сделала шаг к реальности. Они разработали катализатор, который теперь основан не на платине, а на железе, гораздо менее дорогом материале. Напомним, что катализатор — это элемент или вещество, которое своим присутствием вызывает химическую реакцию. Он имеет решающее значение для работы топливного элемента. Фактически, именно при контакте с этим катализатором атомы водорода вступают в реакцию, распадаясь на электроны и ядра водорода.

Это не первый случай испытания железного катализатора. Тем не менее, как объясняют ученые, испытания показали, что такие катализаторы не обладают достаточной прочностью, чтобы выдержать высококоррозионную и окислительную среду, в которой находятся топливные элементы.

Поэтому на этот раз исследователи поступили несколько иначе: они использовали не только железо. Они соединили четыре атома азота с железом. Кроме того, материал был также встроен в несколько слоев графена, «с точным атомным контролем локальных геометрических и химических структур», объясняет Ганг Ву, ведущий автор исследования. Полученный катализатор достиг долговечности, близкой к долговечности катализаторов, в которых используется платина. Он также отвечает требованиям Министерства энергетики США (DOE) по плотности электрического тока.

«Это готовилось годами«, — говорит Ганг Ву. «Мы считаем, что это настоящий прорыв, который в конечном итоге поможет раскрыть огромный потенциал водородных топливных элементов«. Их исследование может проложить путь к созданию более доступных водородных батарей. Однако ученые все еще работают над усовершенствованием своего прототипа.