Графан поможет сделать машины на водородных элементах лучше

04.05.2017, 14:00 Наука

Автомобили на водородных топливных элементах разрабатываются почти каждым крупным производителем автомобилей и являются идеальным транспортных средством с нулевым уровнем выбросов. Тем не менее, их надежность ограничена, поскольку топливный элемент использует мембрану, которая функционирует при достаточном количестве воды, что ограничивает условия эксплуатации автомобиля.

Команда инженеров Университета Питсбурга обнаружили, что графан — двумерный полимер из углерода и водорода может помочь в создании безводной мембраны, которая транспортирует протоны без присутствия воды, что может привести к разработке более эффективных водородных элементов для транспортных средств и других энергетических систем, а это значительно удешевит страховку машин на https://narodna.ua/ или других сервисах.

Ведущий автор Карл Джонсон поясняет, что водородная клетка, как батарея, которую можно заряжать водородом и кислородом. Водород входит в одну сторону топливного элемента, где оно разбивается на протоны (ионы водорода) и электронов, а кислород поступает в другую сторону, и, в конечном счете, в сочетании с протонами и электронами, выпускает большое количество энергии. В основе такого топливного элемента лежит протонная обменная мембрана, которая использует воду, чтобы помочь в проведении протонов.

Но если температура становится слишком высокой или падает влажность, процесс нарушается, так как протоны прекращают мигрировать через мембрану. Джонсон говорит, что по этой причине, существует большой интерес к разработке новых мембранных материалов, способных работать при очень низких уровнях воды или даже при ее полном отсутствии.

«Мембраны в современных водородных топливных элементах изготовлены из полимера Nafion, который проводит протоны, когда имеется определенное количество воды. Если ее слишком мало, мембрана высыхает и протоны перестают двигаться. Если ее слишком много, работа также прекращается», говорит ученый.

Джонсон с коллегами сосредоточились на графане, с помощью которого можно создать более устойчивую мембрану, способную проводить протоны. «Наше численное моделирование показало, что из-за своей уникальной структуры, графана хорошо подходит для быстрого проведения протонов через мембрану в безводных условиях. Это позволит сделать водородные автомобили на топливных элементах более практичными», добавили исследователи.