Revoluce ve vodíkových palivových článcích: Nová membrána pracuje bez vody i při 250 °C a urychlí nasazení čisté energie

Vědci z Monash University v Austrálii dosáhli významného průlomu ve vývoji vodíkových palivových článků. Podařilo se jim vyvinout ultratenké membrány, které umožňují palivovým článkům fungovat při teplotách až 250 °C (482 °F) bez potřeby vody.

Vědci z Monash University v Austrálii dosáhli významného průlomu ve vývoji vodíkových palivových článků. Podařilo se jim vyvinout ultratenké membrány, které umožňují palivovým článkům fungovat při teplotách až 250 °C (482 °F) bez potřeby vody. Tento objev odstraňuje zásadní překážku v širokém využití palivových článků a otevírá cestu k rychlému a rozsáhlému nasazení těchto systémů čisté energie.

Palivové články, poháněné vodíkem, představují klíčovou alternativu k fosilním palivům, jelikož při provozu nevypouštějí do životního prostředí žádný uhlík, pouze vodu a teplo. Na rozdíl od solární a větrné energie mohou být nasazeny na vyžádání a napájet širokou škálu aplikací – od datových center a vesmírných misí po osobní vozidla a letadla. Jejich lehkost a přenosnost jsou velkými výhodami, avšak omezení výkonu dosud brzdila jejich širší přijetí. Hlavním problémem bylo, že membrány v palivových článcích, které zajišťují transport protonů, se spoléhají na vodu. Voda se však při vyšších teplotách odpařuje, což omezovalo provozní teploty a tím i možnosti využití palivových článků.

Výzkumníci z Monash University tento problém vyřešili vývojem atomárně tenkých nanovrstev, které k transportu protonů vodu nepotřebují. Ačkoli nanovrstvy byly vytvořeny již dříve, potýkaly se s problémy s transportem protonů mezi vrstvami. K vyřešení tohoto problému vědci použili v nanovrstvách nanokonfinovanou kyselinu fosforečnou. Tyto membrány, vyrobené z grafenu a nitridu boru, dosáhly v laboratorních testech výjimečně vysokého výkonu ve vodíkových palivových článcích. Profesor Huanting Wang z Katedry chemického a biologického inženýrství uvedl, že integrací protonově vodivých nanovrstev s nanokonfinovanou kyselinou fosforečnou vytvořili membránu, která udržuje rychlý transport protonů bez závislosti na vodě, což umožňuje efektivní provoz palivových článků při mnohem vyšších teplotách.

Laboratorní testy prokázaly ultrarychlý transport protonů uvnitř této membrány při teplotách až 250 °C. To pravděpodobně v blízké budoucnosti výrazně rozšíří využití palivových článků v dopravě, těžkém průmyslu a dalších systémech čisté energie. Kaiqiang He, postdoktorandský výzkumník, dodal, že nanovrstvy poskytují přímé cesty pro transport protonů, zatímco kyselina fosforečná umožňuje rychlé přeskakování protonů, což společně zajišťuje vysokou vodivost a stabilitu v suchých, vysokoteplotních podmínkách. Membrána fungovala dobře i při použití koncentrovaného metanolu jako paliva, což demonstruje její vynikající výkon i v náročných podmínkách. Vědci jsou přesvědčeni, že jejich práce vyřešila dlouhodobou bariéru v designu membrán a pomůže rozvoji vysokoteplotních elektrochemických systémů. Kromě palivových článků by membrána mohla najít uplatnění i při štěpení vody, snižování oxidu uhličitého a syntéze amoniaku, čímž otevírá nové možnosti pro budoucí protonově vodivé materiály. Výsledky výzkumu byly publikovány v časopise Science Advances.