Když auta produkují vodu místo škodlivých plynů

Vodíkové palivové články jsou považovány za nadějný prvek v diskusi o pohonu vozidel budoucnosti. Jejich největší výhodou: voda a teplo jsou jedinými „odpadními produkty“, které vypouštějí. Jednou z aktuálně největších nevýhod jsou náklady, které mimo jiné závisí na velmi drahém materiálu platinu, jež je potřeba pro katalyzátor v palivovém článku. Pokud snížíme obsah platiny v palivovém článku, klesne však i elektrický výkon, který je generován, ještě rychleji. Prof. Dr. Peter Strasser z Technické univerzity v Berlíně a jeho kolegové z katedry elektrochemického katalýzy a materiálů se ve spolupráci s vědci z BMW podařilo nyní v autům vhodném vodíkovém palivovém článku chemicky navrhnout nosný materiál katalyzátoru tak, aby i při nízkém použití platiny bylo možné generovat vysoký elektrický výkon. Jejich výsledky byly nyní publikovány v prestižním vědeckém časopise Nature Materials.

U vozidel s palivovými články se vlastně jedná také o elektromobily. Rozdíl: potřebný proud se neukládá do baterie, ale během jízdy se na palubě podle potřeby vytváří. Na dvou oddělených elektrodách palivového článku reaguje vodík, který je v autě přepravován ve speciální nádrži, s kyslíkem ze vzduchu. Při tom vzniká proud a voda. Vyrobený proud je spotřebováván nebo dočasně ukládán do malé akumulátorové baterie. Pro elektrochemickou reakci na katodě palivového článku je potřeba platinnatový katalyzátor. „I když současná auta na trhu používají pouze 30 gramů platiny na jeden palivový článek, je to stále velmi vzdálené od dlouhodobého cíle udržitelnosti, kterým je pět gramů platiny na jedno auto s palivovým článkem,“ říká Peter Strasser.

Problém spočívá v tom, že nanočástice platiny musí být rovnoměrně rozloženy na substrátu z uhlíkových vláken společně s takzvaným ionomérem, což je plast, který vede vodíkové ionty (protony). Čím méně nanočástic platiny je potřeba, tím je důležitější rovnoměrné rozložení ionoméru, aby měli všichni zúčastnění reaktanty přístup ke katalyzátorovým částicím. Nerovnoměrné rozložení ionoméru vede k vysokému odporu při přenosu kyslíkových molekul, což zase způsobuje vysoké ztráty ve vyrobeném elektrickém napětí a výkonu. „V nyní publikované práci popisujeme výrobu zcela nového chemicky upraveného materiálu z uhlíkového nosiče s na míru přizpůsobenými povrchovými vlastnostmi. Díky tomu se nám podařilo dosáhnout dosud nedosažené rovnoměrnosti rozložení ionoméru na tomto nosiči. Tím dosahujeme vysokých hustot výkonu při nízkém použití platiny,“ říká vědec. Tento na míru navržený katalyzátor dosáhl dosud nevídané výkonnosti a stability při výrobě elektrické energie v palivovém článku – s minimálně o 50 procent nižší spotřebou platiny.

„To, co je na našem přístupu zvláštní: pracovali jsme přímo s auty vybavenými palivovým článkem, takže naše výsledky mají šanci být ihned začleněny do dalších generací aut s palivovým článkem,“ těší se Peter Strasser z úspěchu.

Další informace rádi poskytnou:

Prof. Dr. Peter Strasser
TU Berlin
Fakultní oddělení Technické chemie
Skupina elektrochemické energie, katalýzy a materiálových věd
Tel.: 030/314-22261
E-mail: peter.strasser@tu-berlin.de