Специалистам Гарвардского университета удалось создать водородную топливную ячейку, способную работать в четырнадцать раз дольше после завершения поступления водорода, чем ячейки, основанные на использовании платины. Технически этот топливный элемент является SOFC или твердооксидной топливной ячейкой, внутри которой происходит преобразование водорода в электрическую энергию с последующим сохранением электрохимической энергии, наподобие аккумулятора.
Проект возглавил Шрирам Раманатан, занимающий должность адъюнкт профессора материаловедения в Школе прикладных и инженерных наук в Гарварде. Реализация проекта стала возможной, прежде всего, благодаря самым последним достижениям в области физики низких температур, позволившим создать уникальный тонкопленочный топливный элемент SOFC, в котором применяется VOx – оксид ванадия. Добавление оксида ванадия дало возможность не только генерировать электрическую энергию, но и накапливать ее.
Ученые убеждены, что новый топливный элемент станет качественной основой для создания небольших легких источников энергии, которые позволят устройствам находиться в автономном режиме значительно более длительный промежуток времени. В частности, планируется применения таких топливных ячеек на беспилотных летательных аппаратах, для которых дальность хода является одним из основных показателей.
В традиционных тонкопленочных элементах типа SOFC, как правило, присутствуют электроды с двумя полюсами – катодом и анодом, которые изготавливают из платины. Благодаря этому, топливная ячейка способна отдавать электрическую энергию в течение пятнадцати секунд после завершения подачи топлива, что обусловлено протекающей электрохимической реакцией. Гарвардским специалистам удалось создать электроды на основе оксида ванадия, способные обеспечивать в четырнадцать раз большую длительность этой реакции.
Столь значительное увеличение времени работы без топлива стало возможным благодаря реализации трех электрохимических реакций. В ходе первой реакции происходит окисление ионов ванадия; для ее проверки использовали метод фотоэлектронной рентгеновской спектроскопии. В результате второй реакции водород сохраняется в кристаллической решетке оксида ванадия, после чего она выделяется и окисляется на аноде. Третья реакция подразумевает формирование ионов кислорода различной концентрации на полюсах электрода. Это позволяет осуществить образование анионов кислорода, как это происходит в концентрационном элементе.
Вместе с тем, до реализации проекта на практике еще очень далеко. Специалисты планирует в течение двух лет доводить технологию до совершенства, что в будущем позволит еще значительнее увеличить время работы ячеек без топлива и приблизит их практическое применение.{odnaknopka}