Kowalencyjne struktury organiczne zamiast platyny
Kluczem innowacji stały się kowalencyjne struktury organiczne (COF) oparte na triazynie. Takie rozwiązanie zapewnia 38-procentowy spadek oporu tlenu przy minimalnym wykorzystaniu platyny – zaledwie 0,05 mg Pt/cm². Problemem, który udało się rozwiązać, było zlepianie się cząsteczek jonomerowych na katalizatorach platynowych. W tradycyjnych ogniwach paliwowych PEMFC utrudniało to transport tlenu, obniżając sprawność całego układu. Jak wyjaśnia jeden z członków zespołu zajmującego się tą sprawą, podejście z nano-ograniczoną powierzchnią reprezentuje nowy paradygmat inżynierii. Chodzi o to, by katalizator, membrana i przepływ gazu działały w synchronizacji, a nie odwrotnie.
Czytaj też: Nowe panele słoneczne szturmują rynek. Zamontujesz je nawet tam, gdzie dotychczas było to zakazane
Struktury COF działają jak inteligentny pośrednik, usprawniając dopływ tlenu bezpośrednio do centrów aktywnych platyny. Dzięki temu każdy fragment cennego metalu jest wykorzystywany z maksymalną efektywnością. W ostatecznym rozrachunku autorzy ostatnich eksperymentów ogłosili, że udało im się zmniejszyć wykorzystanie platyny o 38%, jednocześnie podnosząc wydajność ogniw o 30%. Platyna jest problematyczna ze względu na jej ograniczone zasoby, a co za tym idzie – wysokie koszty wydobycia. W tym przypadku możemy mówić o dwóch korzyściach osiągniętych za jednym razem, ponieważ wzrost wydajności również był zauważalny.
W czasie testów te nowe ogniwa osiągnęły moc 1,55 W/cm², co oznacza wzrost o 30% w porównaniu z konwencjonalnymi rozwiązaniami przy podobnym zużyciu platyny. Badania opublikowane w Angewandte Chemie wskazują, że to istotny postęp w pokonywaniu odwiecznych ograniczeń ogniw PEMFC. Korzyści wykraczają poza same ogniwa. Lepsza dystrybucja tlenu przekłada się na prostsze systemy pomocnicze i obejmuje mniejsze zapotrzebowanie na sprężarki, oznacza uproszczone układy nawilżania, a także lepszą pracę w wymagających warunkach oraz obniżoną złożoność eksploatacyjną. Nie brakuje głosów, że opisywana technologia mogłaby znaleźć zastosowanie także w elektrolizerach, syntezie amoniaku czy reaktorach redukcji CO₂.
Szanse i wyzwania komercjalizacji, czyli jaka przyszłość czeka ogniwa wodorowe
Eksperci szacują, że rozwiązanie może trafić do komercyjnego zastosowania w ciągu 2-3 lat, szczególnie w Azji i Europie. To istotne dla Chin, które deklarują osiągnięcie neutralności węglowej do 2060 roku. Przełom przychodzi w dobrym momencie, ponieważ Państwo Środka intensywnie rozwija transport wodorowy. Technologia może pomóc zmienić postrzeganie wodoru jako zbyt kosztownego źródła energii. Warto jednak pamiętać, że branża wciąż czeka na odpowiedzi dotyczące skalowalności produkcji i długowieczności nowych ogniw. Jeśli te wyzwania zostaną pokonane, odkrycie rzeczywiście może przyspieszyć transformację energetyczną.
Czytaj też: Przełom w fotowoltaice dzięki podwójnemu chłodzeniu. Ta technologia podnosi wydajność paneli o ponad 30%
Osiągnięcie chińskich naukowców wzbudza pozytywne emocje, ponieważ daje nadzieję na rozwój sektora o ogromnym potencjale, który nie jest odpowiednio wykorzystywany. Redukcja kosztów platyny to konkretny krok naprzód, szczególnie wobec geopolitycznych napięć wokół dostaw tego metalu. Z drugiej strony, wodór wciąż boryka się z fundamentalnymi wyzwaniami: brakiem infrastruktury tankowania, problemami z magazynowaniem i wątpliwą efektywnością energetyczną całego cyklu. Nowa technologia rozwiązuje tylko część tej układanki. Prawdziwym sprawdzianem będzie jej przełożenie na realne, masowo produkowane ogniwa, które wytrzymają trudy codziennej eksploatacji.