عمر پیل‌های سوختی در خودروهای سنگین به ۲۰۰ هزار ساعت می‌رسد

تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیا در لس آنجلس (UCLA) موفق به طراحی یک کاتالیزور پلاتین با یک لایه محافظت شده از گرافن و پایه ای از Ketjenblack کربن شدند.

این ساختار منحصر به فرد می تواند عمر عملیاتی سلولهای سوخت را تا حد زیادی افزایش داده و آنها را برای استفاده در وسایل نقلیه سنگین و حمل و نقل طولانی مدت بسیار مناسب تر کند.

فناوری ، توسعه یافته توسط یو هوانگ ، استاد مهندسی مواد در UCLA ، از نانوذرات پلاتین استفاده می کند ، در حفره های گرافن تعبیه شده است.

این ساختارهای گرافن سپس در قسمت متخلخل کربن قرار می گیرند و در برابر شرایط سخت و مقاوم در برابر شرایط سخت و مقاوم ایجاد می شوند.

این طرح ، با نام “ذرات داخلی” ، مزیت ثبات طولانی مدت را با عملکرد شیمیایی بالا ترکیب می کند. ویژگی ای که برای راندمان بالای سلولهای سوختی بسیار مهم است. بر خلاف کاتالیزورهای سنتی که از آلیاژ پلاتین استفاده می کنند و با گذشت زمان ، این کاتالیزور جدید توانسته است با تکیه بر پلاتین خالص و محافظت شده ، این مشکل مزمن را حل کند.

در تست های شبیه سازی شده برای شرایط واقعی رانندگی ، کاتالیزور تنها ۹ /۴ ٪ از برق را پس از ۶۰۰۰ چرخه ولتاژ کاهش می دهد ، در حالی که کاهش ۵ ٪ در چنین آزمایشاتی بسیار موفق است.

این عملکرد منعکس کننده عمر بیش از ۶۰۰۰ ساعت برای سیستم های سلولی سوخت است. تعدادی از حدود هفت برابر هدف قرار دادن وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) برای سال ۲.

اگرچه فقط حدود پنج درصد وسایل نقلیه جاده ای وسایل نقلیه سنگین هستند ، اما این گروه تقریباً یک چهارم از کل انتشار گازهای گلخانه ای را بر عهده دارد. این دستگاه ها از جمله کامیون های حمل و نقل ، تریلر و وسایل نقلیه حمل و نقل بین شهری به دلیل وزن زیاد به سیستم های سبک و قدرتمند احتیاج دارند. سلولهای سوختی که بسیار سبک تر از باتری های سنگین هستند ، یک انتخاب ایده آل برای این دستگاه ها هستند.

کاتالیزور جدید با تولید قدرت پیش بینی شده ۱.۵ وات در هر سانتی متر مربع می تواند عملکرد مشابهی با باتری هایی انجام دهد که تا ۵ برابر سنگین تر باشد. این اختلاف وزن بسیار مهم است ، به خصوص در بخش حمل و نقل سنگین ، جایی که بارهای زیاد و مسافت های طولانی در دستور کار قرار دارد.

سلولهای سوخت هیدروژن با تولید برق از واکنش شیمیایی هیدروژن فقط بخار آب تولید می کنند و هیچ آلاینده ای به جا نمی گذارد. اما روند آهسته این واکنش همیشه نیاز به استفاده از کاتالیزورها دارد و ثبات کاتالیزور مانع اصلی پیشرفت این فناوری بوده است ، با نوآوری اخیر UCLA ، این سد نیز تا حد زیادی برطرف شده است.

هوانگ در مورد اهمیت این موفقیت گفت: سیستم های سلولهای سنگین خودرو باید از شرایط کار بسیار دشوار زنده بمانند و ثبات در اینجا یک چالش اساسی است. ما توانسته ایم با استفاده از استراتژی محافظ خالص پلاتین و گرافن ، فرسایش عناصر آلیاژ را از بین ببریم و حتی در شرایط دشوار عملکرد پایدار و قوی را حفظ کنیم.

یافته های جدید همچنین ادامه موفقیت قبلی این تیم در توسعه کاتالیزوری برای اتومبیل های سبک که عمر عملیاتی ۶۰۰۰ ساعت داشتند ، حدود ۵ برابر هدف ۸۰۰۰ ساعته تعیین شده توسط وزارت انرژی ایالات متحده.

نوآوری در طراحی کاتالیزورهای مقاوم مانند این نمونه راه را برای توسعه حمل و نقل مبتنی بر هیدروژن هموار می کند و می تواند یک گام اصلی در کاهش انتشار کربن و تحقق سیستم های حمل و نقل پایدار جهانی باشد.