Дорогие платину и палладий, широко использующиеся сейчас в качестве электродов в водородных топливных элементах, китайским учёным удалось заменить гораздо более дешёвыми хромом, никелем и серебром. В полимерном электролите элементов, созданных Линем Чжуаном и его коллегами из Университета китайского города Ухань, возникает не кислотная, а щелочная среда, что позволяет отказаться от металлов платиновой группы.
Водородные топливные элементы считаются одной из надежд альтернативной энергетики. В качестве топлива и окислителя здесь используются водород и кислород, а на выходе получается электрический ток и вода в качестве выхлопа. Наиболее разработанными в настоящее время являются топливные элементы, в которых электрод-катализатор отщепляет от атомов водорода электроды и отправляет их в электрическую цепь, а протоны проходят через мембрану к другом электроду, где воссоединяются с электронами и кислородом, превращаясь в воду. Однако пространство вблизи первого электрода оказывается заполненным ионами водорода – то есть, сильно кислотным, из-за чего в качестве катализатора приходится использовать благородные металлы вроде платины.
Китайские учёные, работа которых опубликована в Proceedings of the National Academy of Sciences, реализовали давнюю мечту о создании топливного элемента, в котором через мембрану проходят не катионы H+, а анионы – гидроксил-ионы OH-. Хотя идея не нова, сделать на её основе реально работающий элемент пока не получалось.
На хромированном никелевом аноде устройства, созданного Линем Чжуаном и его коллегами, водород соединяется с гидроксилом, полученном при реакции воды с кислородом вблизи серебряного катализатора, выступающего в качестве катода. При этом на анодной реакции электроны выделяются в цепь, а в катоде – присоединяются к OH. В качестве мембраны служит органический полимер, мономеры которого включают атомы серы, металлов и азота (за который, собственно, и «цепляется» OH в теле мембраны).
По словам учёных, в течение 100 часов тестовой эксплуатации устройства, никаких признаков разрушения электродов заметить не удалось (хотя формально электроды работают, как катализаторы, в реальности они постепенно деградируют). При рабочей температуре в +60 по Цельсию и давлении водорода и кислорода в 1,3 атмосферы, топливный элемент выдаёт до 50 мВт с каждого квадратного сантиметра поверхности. Значение не очень большое – «яркость» промышленных топливных элементов сейчас в несколько раз выше, однако их параметры оптимизируются уже много лет, а полимер и электроды китайских химиков – первая проба.
