Ученые из МФТИ приблизились к созданию чистых топливных ячеек

Российские физики и их коллеги из-за рубежа создали особые «пирамидные» мембраны для топливных ячеек, которые сделают эти источники электроэнергии более чистыми с экологической точки зрения и более долговечными, говорится в статье, опубликованной в журнале Physical Chemistry, Chemical Physics.

Топливные элементы или ячейки представляют собой достаточно простые устройства, которые преобразуют энергию, запасенную в различных химических веществах, в электрический ток. Подобное преобразование стало возможным благодаря тому, что ученые за последние 40 лет научились создавать особые мембраны, пропускающие ионы, но не электроны или молекулы окислителя и топлива.

Как пишут Вячеслав Некипелов, декан Московского физико-технического института в Долгопрудном, и его коллеги из России и зарубежных институтов, одной из главных проблем в работе подобных источников питания является то, что их мембраны достаточно быстро загрязняются, начинают разлагаться под действием воды или окислителя, выделяя токсичные вещества.

Некипелов и его коллеги нашли способ продлить жизнь подобным мембранам и сделать их более безопасными с точки зрения экологии, открыв два необычных органических вещества из класса бензолсульфонатов, которые они назвали A-Na и Azo-Na.

Благодаря необычной трехмерной форме этих молекул, похожих на своеобразные клинья или пирамиды, они очень хорошо пропускают ионы и при этом препятствуют проникновению нейтральных молекул и электронов через них, а также накоплению на поверхности мембран веществ, закупоривающих эти поры.

Используя компьютерное моделирование и особый рентгеновский «сканер», ученые выяснили, как можно управлять размерами пор в мембране из A-Na и Azo-Na, что позволит в будущем точно подбирать мощность топливных ячеек для решения конкретных задач, тем самым экономя топливо и окислитель.

Как надеются ученые, батарейки на подобных мембранах в ближайшее время заменят двигатели внутреннего сгорания в автомобилях и других машинах, что позволит повысить их КПД, снизить расходы топлива и выбросы СО2, что приблизит человечество к решению поставленной на Парижских климатических переговорах цели — удержанию глобального потепления на отметке в 2 градуса Цельсия к концу столетия.