Прорыв в создании топливных ячеек

18 января 2007

Работы английских химиков позволяют разработать дешевые и эффективные топливные ячейки, в которых будут использоваться щелочные анионообменные мембраны [alkaline anion-exchange membranes (AAEM)]. Созданная ими технология позволит производить энергию более эффективно и чисто в сравнении с существующими методами сгорания.

Топливные ячейки работают как батареи или аккумуляторы, однако они не разряжаются и не требуют перезарядки. Они производят энергию электрохимически и загрязняют окружающую среду в гораздо меньшей степени по сравнению с традиционными источниками энергии. Топливные элементы состоят из анода и катода, разделенных полимерной электролитической мембраной.

Джон Варко (John Varcoe) из Университета Суррея много лет занимался разработкой щелочных анионообменных мембран. Топливные ячейки на основе щелочных анионообменных мембран похожи хорошо изученные ячейки на основе протонообменных мембран [proton-exchange membrane (PEM)]. Если протонообменные мембраны обеспечивают транспорт протонов, то цель щелочных анионообменных мембран – транспорт гидроксил-ионов. Щелочные анионообменные мембраны могут работать с более простыми и дешевыми электродами, их производство обходится дешевле, чем производство протонообменных мембран.

Варко изучал влияние влажности на ионную проводимость щелочных анионообменных мембран. Он обнаружил, что при высоком уровне влажности наблюдается хорошая проводимость анионообменных мембран, что ранее не предполагалось. При этом ионная проводимость мембран – именно то свойство, которое напрямую влияет на эффективность топливной ячейки, в то время как влажность топлива и газа окислителя критически важные параметры для оперирования ячейки.

Варко также продемонстрировал, что щелочные анионообменные мембраны отличаются хорошей проводимостью и в отсутствие солей или гидроксидов щелочных металлов – важных компонентов для традиционных щелочных (алкалиновых) топливных элементов. Варко отмечает, что последнее наблюдение представляет собой значительный прорыв в области разработки топливных ячеек. Катионы щелочных металлов обычно понижают эффективность топливных элементов. Они взаимодействуют со спиртовыми топливами, образуют алкоголяты и карбонаты, которые, осаждаясь, снижают транспортные свойства мембран.

Лиин Жуанг (Lin Zhuang), эксперт в области щелочных анионообменных мембран из Университета Вухан (Китай) отмечает, что, несмотря на некоторые недостатки мембран, разработанных Варко, его работа представляет существенный и уверенный шаг вперед в области создания топливных элементов. Следующий этап работы Варко будет заключаться в разработке новых электродов, наиболее подходящих для разработанных им мембран и оптимизация производительности новых источников энергии.

Источник: Phys. Chem. Chem. Phys., 2007, advanced article, web published