Никелиевые энергоячейки могут заменить автомобильные двигатели

Учёные из университета Wuhan University (Китай) разработали энергетические ячейки на основе никеля, которые могут заменить гораздо более дорогие, выполненные основе платины. При этом даже опытные образцы никелиевых энергоячеек по эффективности равны бензиновым двигателям внутреннего сгорания, а со временем смогут значительно их превзойти.

Энергетические ячейки состоят из 2 пластин и мембраны между ними, одна пластина обычно делается из платины или другого благородного металла. Когда топливо, обычно – метанол, проходит со стороны платиновой пластины, то она действует как катализатор, отделяет атомы водорода и затем расщипляет их на протон и электрон. Протон проходит через мембрану и реагирует с другой стороны с кислородом, образуя воду. Электрон же переходит в метал и служит источником электрического тока. При этом также выделяется тепло, примерно в таком же количестве как в двигателе внутреннего сгорания.

В энергоячейках используется именно платина, потому что материал мембраны обычно образует очень кислотную среду и платина к ней полностью устойчива. Новые энергетические ячейки используют другую конструкцию и некислотную мембрану, что позволяет использовать в качестве катализатора гораздо более дешёвый никель, вместо платины.

В новой разработке учёные из Wuhan University также улучшили никелевую поверхность с помощью хрома, но он запрещён к использованию в автомобильной промышленности без специальных защитных мер, ввиду своей токсичности. Благодаря тому, что мембрана в новых ячейках некоррозийная и благодаря изменению структуры катализирующей пластины, даже с течением времени новые энергоячейки не меняют своих свойств, что позволяет использовать их длительное время.

Новый прототип может производить 50 мВт энергии на квадратный сантиметр при 60 градусах по Цельсию – это заметно меньше, чем у платиновых энергоячеек, но при этом платиновые энергоячейки могут работать только при температуре не выше 40 градусов по Цельсию, что делает их неприменимыми в автомобилях и других устройствах. Также учёные отмечают, что платиновые энергоячейки оптимизировались несколько десятилетий, а никелиевые только появились, по этому сравнивать их не совсем корректно. Хоть эта разработка и очень многообещающа, она пока не готова к массовому производству, но учёные надеятся, что это только вопрос времени.

Пока энергетические ячейки не получили широкого распространения ввиду своей высокой стоимости, из-за использования в них платины, – несколько млн долларов, и малого срока службы – всего 2000 часов. При этом стоит отметить, что платиновые энергоячейки могут использовать топливо с эффективностью 70%, тогда как первые никелиевые образцы – с эффективностью 50%, что примерно равно эффективности бензинового двигателя внутреннего сгорания и на 10 – 15% больше, чем у газового двигателя внутреннего сгорания. Описание разработки учёных из Wuhan University опубликовано на сайте Proceedings of the National Academy of Sciences.