Войти
  • Новость не найдена
  • Не всё то платина: ученые создают мощные батареи с оксидом графена

    3229
    0
    +2
    Источник изображения: Фото: РИА Новости/Александр Кряжев

    Почему они будут на порядок дешевле аналогов

    Ученые НИЦ «Курчатовский институт» разработали материал, который улучшит свойства батарей для электромобилей. Источники энергии этого типа уже сейчас используют в серийном производстве электрокаров, а в будущем потребность в них будет только увеличиваться. Катализатор на основе нового материала позволит повысить стабильность и максимальную мощность топливных элементов на 17%, причем снизит стоимость их производства за счет экономии платины.

    Мощнее и дешевле

    Сотрудники НИЦ «Курчатовский институт» разработали новый катализатор для топливных элементов с протообменной мембраной, которые обычно используют в качестве батарей в электромобилях и беспилотниках. Созданный учеными материал состоит из наночастиц платины, расположенных на поверхности восстановленного оксида графена. Его использование может увеличить максимальную удельную мощность источников энергии на 17%. Статья о методе создания катализатора опубликована в журнале Catalysts. Работа ученых позволит существенно снизить количество платины, необходимое для производства топливных элементов, что заметно уменьшит их стоимость. Грамм платины сегодня стоит около 2,5 тыс. рублей.

    — Нам удалось существенно увеличить стабильность электрокатализатора для кислородного электрода и повысить удельную мощность топливного элемента в целом, — рассказал старший научный сотрудник отделения электрохимических и водородных технологий Курчатовского комплекса реабилитации и нераспространения НИЦ «Курчатовский институт» Артем Пушкарев.

    Фото: ТАСС/Павел Смертин

    Источник изображения: iz.ru

    Речь о топливном элементе, который позволяет преобразовывать химическую энергию топлива в электричество. Он состоит из двух электродов, между которыми расположен электролит, — протонпроводящая мембрана. На поверхности электродов происходит окисление водорода и восстановление кислорода. Мембрана обеспечивает перенос протонов от одного электрода к другому, а электроны двигаются во внешней цепи, производя электрическую энергию. Чтобы повысить скорость этих реакций, используются катализаторы, которые обеспечивают высокую плотность тока и высокую удельную мощность устройства.

    Такие топливные элементы обладают самой высокой удельной мощностью среди всех химических источников энергии. Они компактны и экологичны: в результате использования образуется только обычная вода. Сегодня этими элементами оснащают электромобили и беспилотные летательные аппараты, поэтому практический потенциал разработки ученых огромен. На рынке уже представлены серийные автомобили с подобными источниками электричества.


    Платиновая лихорадка

    В разработке таких топливных элементов есть сложность: мембрана, через которую идет обмен протонами, создает вокруг себя кислую среду, и в качестве катализаторов или электродов можно использовать только ограниченный набор материалов, стойких к таким условиям. Поэтому и возникает необходимость в платине. В применяемых сегодня топливных элементах количество этого металла на один квадратный сантиметр поверхности электрода может достигать нескольких миллиграмм. Чтобы снизить расход материала, наночастицы платины наносят на поверхность углеродного носителя — сажи. Однако из-за происходящих химических реакций сажа окисляется, что вызывает деградацию электродов, ограничивая ресурс и эффективность работы всего топливного элемента.

    Фото: ИЗВЕСТИЯ/Александр Полегенько

    Источник изображения: iz.ru

    В Курчатовском институте сосредоточились на поиске альтернативного саже материала, который мог бы служить носителем наночастиц платины, ускоряющих реакцию восстановления кислорода. Материал должен был максимально повысить плотность тока в устройстве и свести к минимуму потребность в платине. Основой для него мог бы стать графен, но он, как и платина, слишком дорог. Поэтому ученые остановили свой выбор на производной графена — восстановленном оксиде графена. По сравнению с сажей он более стабилен.

    Из-за особенностей структуры для восстановленного оксида графена нельзя было использовать классические методы синтеза катализаторов на основе платины. Поэтому ученые восстановили оксид графена в одной среде с наночастицами металла и получили нужный материал. Разработка позволит снизить потребность в платине для топливных элементов до нескольких десятых миллиграмма на квадратный сантиметр электрода.

    С точки зрения каталитических свойств в топливных элементах восстановленный оксид графена работает не хуже, чем ранее использовавшиеся катализаторы на основе платины, отметил заведующий лабораторией физического материаловедения Балтийского федерального университета им. Иммануила Канта Валерий Савин.

    Фото: ТАСС/EPA/WU HONG

    Источник изображения: iz.ru

    Разработанные катализаторы могут найти применение в качестве альтернативных источников энергии в топливных элементах, используемых для бытовых целей, считает профессор кафедры физической химии и хроматографии Самарского университета им. С.П. Королева Анджела Буланова.

    — Разработанный авторами метод получения катализатора также может быть использован в технологиях создания новых материалов, обладающих высокими каталитическими свойствами, — сказала эксперт.

    Такие материалы могут применяться для ускорения различных химических процессов в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности, заключила она.



    Денис Гриценко

    Права на данный материал принадлежат
    Материал размещён правообладателем в открытом доступе
    • В новости упоминаются
    Продукция
    Проекты
    Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
    ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
    Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
    • Разделы новостей
    • Обсуждаемое
      Обновить
    • 25.10 09:56
    • 11038
    Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
    • 25.10 08:56
    • 155
    Без пилота охота: вертолеты будут охранять небо России от дронов
    • 24.10 22:44
    • 1
    Заряды с неба: как зенитчики защищают тылы от «Фурий» и «Шарков»
    • 24.10 21:48
    • 3
    Объявлен старт испытаний самолета «Ладога»
    • 24.10 15:34
    • 0
    Во имя региональной безопасности, доверия и добрососедских отношений
    • 24.10 12:52
    • 47
    С ракетами "Томагавк" могут бороться и улучшенные ЗСУ-23-4М4 "Шилка"
    • 24.10 09:32
    • 1
    Трамп пообещал ускорить передачу Австралии атомных подлодок в рамках AUKUS
    • 24.10 04:29
    • 1
    В России собрали второй учебно-боевой Як-130М
    • 24.10 03:56
    • 0
    Комментарий к "Требуется Соломоново решение"
    • 24.10 03:00
    • 0
    Комментарий к "«Запад-2025» все еще будоражит Запад"
    • 24.10 02:42
    • 0
    Комментарий к "С ракетами "Томагавк" могут бороться и улучшенные ЗСУ-23-4М4 "Шилка""
    • 23.10 21:36
    • 0
    Комментарий к "Арцах: без права на возвращение"
    • 23.10 19:44
    • 1
    Минобороны показало работу «пушистого» Т-72
    • 23.10 19:17
    • 0
    Комментарий к "Медведчук назвал главные препятствия к миру на Украине"
    • 23.10 17:50
    • 1
    Медведчук назвал главные препятствия к миру на Украине