Przełom w badaniach

Bardziej wydajne i trwałe ogniwa paliwowe

2015-05-25

Naukowcy Toyoty zaprezentowali przełomowe odkrycie w badaniach nad ogniwami paliwowymi. Dzięki obserwacjom w warunkach rzeczywistych umożliwia ono monitorowanie zmniejszania się reaktywności katalizatora, co otwiera nowe możliwości w budowie bardziej wydajnych i trwałych ogniw paliwowych nowej generacji.

Jest to kolejny przełom w rozwoju nowej technologii napędowej w motoryzacji, której Toyota jest obecnie seryjnym producentem na świecie. Model Mirai, czyli pierwszy seryjny pojazd na wodorowe ogniwa paliwowe, został wprowadzony przez firmę na rynek w grudniu 2014 roku.

Toyota i Japan Fine Ceramics Center (JFCC) opracowały wspólnie nową technologię, która pozwala obserwować w skali nano zachowanie cząsteczek platyny podczas reakcji chemicznych zachodzących w ogniwach paliwowych. Platyna to kluczowy katalizator reakcji utleniania wodoru, która zachodzi w ogniwach paliwowych, wytwarzając energię elektryczną. Stopniowe obniżanie jej reaktywności jest efektem zbijania się cząsteczek w grupy. Powstają nanodrobinki, które zwiększając swoją wielkość, zmniejszają łączną powierzchnię znajdującej się w ogniwie platyny. Do tej pory nie można było obserwować tego procesu i tym samym zrozumieć jego przyczyn.

Nowa metoda obserwacji pomoże ustalić, w których miejscach węglowego nośnika koncentruje się platyna, a także mierzyć zmiany napięcia w miarę zachodzenia tego procesu. Umożliwi także określenie charakterystyk różnych rodzajów nośnika. Taka wieloaspektowa analiza pozwoli wyznaczyć kierunki badań nad zwiększaniem wydajności i trwałości platynowych katalizatorów i ogniw paliwowych.

Cel badań


Ogniwa paliwowe wytwarzają prąd elektryczny w wyniku reakcji chemicznej wodoru dostarczanego ze zbiornika z zawartym w powietrzu tlenem. Tlen z katody łączy się z wodorem z anody, tworząc wodę, będącą produktem ubocznym reakcji.

Podczas reakcji chemicznej cząsteczki wodoru rozdzielane są na elektrony i jony wodoru na anodzie wodorowej z udziałem katalizatora platynowego. Elektrony przemieszczają się do katody tlenowej, powodując przepływ prądu. Jednocześnie jony wodoru pokonują membranę polimerową, by trafić do katody tlenowej, gdzie w kontakcie z tlenem z powietrza i elektronami tworzą wodę. Katalizatorem tej reakcji jest również platyna.

Platyna ma newralgiczne znaczenie w wytwarzaniu prądu przez ogniwa paliwowe ze względu na kluczowy wpływ na zwiększenie ich wydajności.

Platyna jest jednak metalem rzadkim i drogim. Co gorsza, procesowi wytwarzania prądu towarzyszy stopniowe grubienie nanodrobinek platyny, co zmniejsza wydajność ogniwa. Aby zapobiec temu zjawisku, powodującemu spadek reaktywności katalizatora, należy poznać jego mechanizm i przyczyny. Niestety, niewielkie rozmiary platynowych nanodrobinek ogromnie utrudniają obserwację konwencjonalnymi metodami.

Nowa metoda obserwacji


Konwencjonalna metoda obserwacji nanodrobinek platyny polega na porównywaniu tych samych drobinek platyny przed i po reakcji. Za pomocą tej metody odkryto, że po reakcji drobinki są większe i mają mniejszą reaktywność. Jednak przyczyny tego zjawiska pozostają w sferze hipotez ze względu na dotychczasową niemożność obserwacji procesu narastania drobinek.

Narastanie platynowych nanodrobinek
Poniższe obrazy ukazują narastanie platynowych nanodrobinek: Na zdjęciach widać zbijanie się cząsteczek platyny w grupy na powierzchni węglowego nośnika.

Tymczasem nowa metoda obserwacji wykorzystuje nową, zmniejszoną próbkę, która symuluje rzeczywiste środowisko i warunki występujące w ogniwach paliwowych. To, w połączeniu z nową metodą podawania napięcia do próbek umieszczonych wewnątrz transmisyjnego mikroskopu elektronowego, umożliwia obserwowanie procesu narastania drobinek w czasie rzeczywistym na wszystkich etapach wytwarzania prądu. Transmisyjny mikroskop elektronowy umożliwia oglądanie i analizowanie szczegółów o wielkości atomów (0,1 nm).

Dowiedz się więcej

Zwycięstwo Toyoty Mirai w rajdzie e-Rallye Monte Carlo Zwycięstwo Toyoty Mirai w rajdzie e-Rallye Monte Carlo Sprawdź szczegóły Toyota Mirai dostępna już także w Holandii Toyota Mirai dostępna już także w Holandii Sprawdź szczegóły Toyota na targach Poznań Motor Show 2016 Toyota na targach Poznań Motor Show 2016 Sprawdź szczegóły Toyota Mirai z funkcją łączności satelitarnej Toyota Mirai z funkcją łączności satelitarnej Eksperymentalna wersja Toyota Mirai po raz pierwszy w Polsce Toyota Mirai po raz pierwszy w Polsce Zobacz relację Nowa Toyota Mirai Nowa Toyota Mirai Wszystko o naszym nowym aucie na wodór. Toyota i Subaru rozszerzają kooperację Toyota i Subaru rozszerzają kooperację Powstanie elektryczny SUV Flota wodorowych sedanów Mirai dla MKOl Flota wodorowych sedanów Mirai dla MKOl Sprawdź szczegóły Toyota Mirai taksówką  w Kopenhadze Toyota Mirai taksówką w Kopenhadze W trosce o środowisko Toyota, DENSO i SoftBank Vision Fund i ich inwestycje Toyota, DENSO i SoftBank Vision Fund i ich inwestycje Sprawdź Co można znaleźć pod maską samochodu? Co można znaleźć pod maską samochodu? Najważniejsze urządzenia XIII Edycja Dream Car Art Contest XIII Edycja Dream Car Art Contest Zapraszamy do kolejnej edycji konkursu
Twoje ustawienia plików cookies

Na stronie Toyota Polska używamy technologii cookies w celach dostosowania naszych usług i oferty do Twoich potrzeb, w celu reklamy, analizy i statystyki. Informacje zapisane w cookies mogą zawierać dane osobowe. Jeśli wyrażasz na to zgodę, przejdź do strony i korzystaj z niej normalnie lub dowiedz się, w jaki sposób możesz zmienić swoje ustawienia.

OK