Desaťročia trvajúci problém vodíka je porazený, vedci odomkli efektivitu na úrovni 85%

Vodíkové palivové články sa už roky považujú za jeden z technologicky najčistejších spôsobov výroby elektriny, no ich masové rozšírenie stále brzdí jeden zásadný problém, ktorým je cena.

Kľúčovým dôvodom, prečo vodíkové vozidlá zostávajú výrazne drahšie než autá so spaľovacím motorom alebo batériové elektromobily, je použitie platiny ako katalyzátora v palivových článkoch. Práve túto slabinu sa teraz pokúša odstrániť tím výskumníkov z Washington University v St. Louis, píše Interesting Engineering.

Lacné riešenie malo vážny problém

V klasickom protón-výmennovom palivovom článku zohráva katalyzátor rozhodujúcu úlohu. Umožňuje reakciu medzi vodíkom a kyslíkom, pri ktorej vzniká elektrická energia, teplo a voda. Platina je v tomto prostredí mimoriadne účinná a chemicky stabilná, no zároveň extrémne drahá a vzácna. V súčasných palivových článkoch tvorí takmer polovicu ich ceny, čo zásadne komplikuje snahu znížiť náklady výroby.

Železo by bolo z ekonomického hľadiska ideálnou náhradou. Je lacné, dostupné a jeho globálne zásoby nie sú obmedzujúcim faktorom. Problémom však dlhodobo bola jeho nestabilita v kyslom prostredí PEM palivových článkov, kde dochádza k rýchlej degradácii katalyticky aktívnych miest. Práve tento technický problém sa podarilo tímu profesora Ganga Wua výrazne zmierniť.

Výskumníci vyvinuli proces, pri ktorom sa železný katalyzátor stabilizuje už počas tepelnej aktivácie pomocou špeciálne riadenej chemickej parnej fázy. Táto metóda mení mikroštruktúru katalyzátora tak, aby si zachoval vysokú elektrochemickú aktivitu, no zároveň odolával agresívnym podmienkam v palivovom článku. Ide o dôležitý krok, pretože v minulosti sa železné katalyzátory síce vedeli priblížiť účinnosti platiny, no len na krátky čas.

Vodíku ešte neodzvonilo

Z technického pohľadu ide o mimoriadne perspektívny posun. Palivové články totiž už dnes dosahujú účinnosť presahujúcu 60 %, čo je viac než trojnásobok toho, čo dokáže klasický spaľovací motor. Ak sa využije aj odpadové teplo, celková energetická účinnosť systému môže atakovať hranicu 80 až 85 %. V kombinácii s lacnejším katalyzátorom by sa tak vodíkový pohon mohol konečne dostať na úroveň, kde by dával zmysel aj ekonomicky.

Nie náhodou sa výskum zameriava najmä na ťažké úžitkové vozidlá. Nákladné autá, autobusy či stavebné stroje majú vysoké nároky na energetickú hustotu a zároveň často fungujú z centrálnych dep, kde je jednoduchšie vybudovať vodíkovú infraštruktúru. Práve v tomto segmente má vodík výraznú výhodu oproti batériám, ktorých hmotnosť a čas nabíjania sú pri veľkých vozidlách limitujúce.

FonTech

Potenciálne využitie sa však nekončí pri doprave. Stabilné a lacné železné katalyzátory by mohli zohrať dôležitú úlohu aj v dátových centrách pre umelú inteligenciu, kde rastú nároky na spoľahlivé bezemisné zdroje energie, alebo v leteckej doprave, kde je každý kilogram hmotnosti kritický.

Samotní výskumníci zdôrazňujú, že nejde o finálne riešenie. Ďalšie fázy vývoja sa zamerajú na zvýšenie životnosti a výkonu tak, aby sa železné katalyzátory čo najviac priblížili vlastnostiam drahých vzácnych kovov.

Čítajte viac z kategórie: Elektromobilita