Современные исследования в области водородной энергетики открывают новые горизонты благодаря уникальной разработке, предложенной учеными Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (НЦМУ СПбПУ) и Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН. Они создали специальное углеродное покрытие для титановых пластин топливных элементов, что может существенно улучшить эксплуатационные характеристики водородных энергетических систем.
Водородная энергетика: вызовы и перспективы
Водород является одним из наиболее перспективных и экологически чистых энергоносителей. Низкотемпературные топливные элементы с протонообменной мембраной (PEM) уже доказали свою эффективность. Однако для массового внедрения водородных технологий необходимо решить ряд проблем, связанных с улучшением характеристик биполярных пластин, которые являются ключевыми компонентами этих систем.
Проблемы традиционных материалов
Графит, традиционно используемый для изготовления биполярных пластин, обладает высокой коррозионной стойкостью и низким контактным сопротивлением. Однако его недостаточная механическая прочность и высокая стоимость ограничивают его применение. Металлические пластины, такие как нержавеющая сталь, имеют высокую механическую прочность, но подвержены коррозии, особенно в агрессивных средах, характерных для работы топливных элементов.
Титан с уникальным углеродным покрытием
Команда НЦМУ СПбПУ предложила использовать титан, который имеет высокую удельную прочность и низкую плотность, в качестве материала для биполярных пластин. Титановые пластины покрыты специальным углеродным нанокомпозитом, содержащим текстурированные нанокристаллы графита, разделенные аморфным алмазоподобным углеродом. Это покрытие демонстрирует высокую коррозионную стойкость и низкое контактное сопротивление, превосходя целевые показатели, установленные дорожными картами.
Биполярные пластины - это элементы твердотельных топливных элементов, которые соединяют между собой отдельные ячейки батареи в мембранно-электродные блоки. С их помощью регулируются тепловые, газовые и электрические потоки. (источник: cyberleninka.ru)
Преимущества и перспективы
Исследования показали, что контактное сопротивление образцов с нанокомпозитным покрытием значительно ниже требуемого уровня, а коррозионный ток в 50 раз лучше целевого показателя. Это означает, что покрытие эффективно защищает титан от коррозии и поддерживает его эксплуатационные характеристики в течение длительного времени.
По словам профессора Платона Карасева из Высшей инженерно-физической школы СПбПУ, данное покрытие может заменить нержавеющую сталь с золотым покрытием в качестве материала для биполярных пластин топливных элементов с протонообменной мембраной. В ближайшем будущем команда планирует перейти к нанесению нового покрытия на макетные образцы и провести испытания моделей топливных элементов.
Выводы
Эта инновация не только улучшает текущие технологии водородной энергетики, но и открывает новые возможности для их применения. Разработка специализированных источников ионов фуллерена и создание соответствующей вакуумной установки могут стать следующим шагом на пути к массовому внедрению водородных технологий, что значительно увеличит ресурс работы топливных элементов и расширит их применение в различных областях.
Необходимо помнить о важности междисциплинарного подхода и инноваций в развитии технологий, направленных на улучшение экологической обстановки и повышение энергетической эффективности.
Источник: naked-science.ru
Понравилась статья? Тогда ставьте лайк 👍 и подписывайтесь на наш канал. Это поможет нам понять, что вам действительно интересно, – чтобы рассказать об этом более подробно. Посещайте наш сайт (www.pagz.info), чтобы ознакомиться с более подробной информацией по этой теме.