Исследователи Химического факультета ЮФУ разрабатывают принципиально новый тип катализаторов для водородных топливных элементов, способные удешевить и повысить эффективность устройств «зеленой» энергетики.
Топливные элементы рассматриваются как перспективная экологичная замена традиционным двигателям внутреннего сгорания(ДВС), поскольку они выделяют только воду. Среди их достоинств — нулевые вредные выбросы, быстрая заправка и большой запас хода. Тем не менее, широкое внедрение такой технологии сдерживается высокими затратами, а также трудностями безопасного производства и хранения водорода. Для решения этих проблем необходимы эффективные катализаторы, повышающие коэффициент полезного действия (КПД) топливных элементов.
«Наш проект в первую очередь направлен на повышение активности, стабильности и универсальности катализаторов, возможное снижение стоимости за счет использования нескольких различных металлов — это приятный для потребителя эффект. А основной задачей работы является получение наночастиц из нескольких металлов со структурой сплава. Главной особенностью подхода является число таких компонентов, поскольку при использовании 5 и более металлов возникают дополнительные эффекты, что определило специальное название таких сплавов – «высокоэнтропийные» (ВЭС)», — рассказал руководитель исследования, ведущий научный сотрудник научно-образовательного центра ЮФУ «Химия и физика функциональных и наноструктурных неорганических материалов» Сергей Беленов.
Разрабатываемые наночастицы состоят из пяти и более металлов, включая металлы платиновой группы. Благодаря тому, что дорогую платину удастся «разбавить», разработка может стать доступнее в производстве, но все же главная особенность, как отмечает ученый, в повышенной стабильности и активности, что критически важно для катализаторов, работающих в агрессивных средах.
Основной практической целью проекта является снижение содержания дорогих металлов, например, платины, в ключевых компонентах для водородной энергетики. Это может сделать производство топливных элементов для транспорта, беспилотных летательных аппаратов или стационарных генераторов электричества более доступным.
Как отмечает ученый, в ближайшие 4–5 лет технология производства катализаторов уже может быть запатентована. Она позволит выпускать первые коммерческие партии и получить подтверждение, что эти катализаторы эффективно работают — например, в топливных элементах для беспилотников.
Сегодня коллектив Химического факультета ЮФУ активно работает над развитием технологий водородной энергетики, реализуя проекты при поддержке Российского научного фонда и выполняя междисциплинарные исследования, направленные на решение стратегических научно-технологических задач программы «Приоритет 2030»(нацпроект «Молодежь и дети»), включая создание новых функциональных материалов и катализаторов для низкоуглеродной энергетики будущего. Южный федеральный университет, являясь участником программы стратегического академического лидерства «Приоритет-2030» (нацпроект «Молодежь и дети»), концентрирует усилия на решении задач научно-технологического развития страны. В рамках этой работы университет на основе сетевой архитектуры взаимодействия создает производственно-технологические цепочки полного цикла для ответа на «большие вызовы». Ключевые направления развития охватывают ряд критических и сквозных технологий, которые лежат в основе трех ключевых стартегических технологических проектов вуза: «Технологии биоинженерии почв», «Технологии многофункциональной микроэлектроники и интеллектуальной сенсорики для биогибридных и киберфизических систем» и «Технологии ускоренной разработки и трансфера стратегически важных материалов в микро- и малотоннажное производство».