Едва выпустив на рынок первую серийную машину на топливных элементах, Toyota взялась за совершенствование технологии. Надо сказать, что модель Mirai и без того смотрится вполне приличной альтернативой подавляющему большинству относительно недорогих авто с гибридными и электрическими установками: выхлоп – водяной пар, на заправку требуется несколько минут, запас хода составляет без малого 500 километров, притом, в движение авто приводит электромотор, показатели тяги которого сравнимы со вполне объемными современными турбодизелями. Однако этого японцам оказалось мало, теперь они стремятся кардинально улучшить катализатор топливного элемента, чтобы добиться от него большей стабильности и увеличить его жизненный цикл.
Как сообщила пресс-служба Toyota, специалисты компании совместно с учеными из Японского центра тонкой керамики разработали уникальную технологию наблюдения за процессом деградации катализатора, входящего в состав водородных топливных элементов. Благодаря этому методу, ученые получили возможность наблюдать за изменением наночастиц в режиме реального времени прямо во время химической реакции. Ожидается, что открытие в будущем позволит создавать более долговечные, стабильные и более эффективные блоки топливных элементов.
Принцип действия водородных топливных элементов основан на выработке электроэнергии в результате реакции между водородом и кислородом. Входящая в конструкцию платина является катализатором, необходимым для реакции. Как выяснили участники проекта, снижение химической активности катализатора связано с увеличением физических размеров частиц при одновременном падении эффективной площади. До изобретения нового метода, отследить процессы, приводящие к этому результату, было невозможно.
Изобретенный исследователями способ позволит также сравнить характеристики разных материалов-носителей для нанесения катализатора.
Как работает топливный элемент
Топливные элементы вырабатывают электроэнергию за счет химической реакции газообразного водорода и кислорода, в которой водород используется со стороны анода и кислород на стороне катода. Единственным побочным продуктом реакции является обычная вода. В процессе реакции молекулы водорода разделяются на электроны и катионы водорода на стороне анода. На платиновом катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны. Поток электронов движется к катоду кислорода, вырабатывая электроэнергию для питания электродвигателя.
Между тем катионы водорода проводятся через полимерную мембрану на сторону катода, где при соединении с кислородом образуется вода. Для этой реакции в качестве катализатора также используется платина. Таким образом, платина – необходимый компонент для производства электроэнергии в топливных элементах, играющий жизненно важную роль в повышении их эффективности.
Сложность заключается в том, что платина – редкий и дорогостоящий элемент. В процессе реакции наночастицы платины укрупняются, что приводит к снижению количества электроэнергии, вырабатываемой топливным элементом. Блокированием или снижением скорости данного процесса как раз и заняты в Toyota. И в компании надеются, что выход из ситуации будет найден в самое ближайшее время.