Новая концепция топливных элементов использует биологический дизайн для лучшего генерирования электричества

В новой попытке усовершенствовать топливные элементы с помощью биологии, команда исследователей из Университета Висконсин-Мэдисона использовала более дешевые материалы и органическое вещество, транспортирующее электроны и протоны.

Технология ТЭ была изобретена еще в 30-х годах 19-го века, сообщает sciencedaily.com. В традиционных системах протоны и электроны водорода передаются от одного электрода ко второму, где, в сочетании с кислородом, производят воду. Процесс преобразует химическую энергию в электричество. Для быстрого получения достаточного заряда необходим катализатор, ускоряющий реакцию. Лучшим вариантом является платина, но ценный металл сильно удорожает ТЭ.

По словам профессора Шеннона Шталя, возглавлявшего команду с профессором Тэтчером Рутом, в существующих топливных элементах можно использовать дешевые катализаторы, но в больших количествах.

«Проблема в том, что переизбыток материала на электроде снижает эффективность системы», — сказал специалист.

Команда предложила решить проблему путем загрузки более доступного металла, кобальта, в отдельный реактор, где количество вещества не повлияет на производительность. Затем исследователи разработали стратегию транспортировки протонов и электронов между устройством и ТЭ. «Судном» для них стало органическое соединение, хинон, способное одновременно переносить по паре каждой из частиц в электрод. Команда разработала стабильную производную вещества, способную функционировать до 5 000 часов. Почти в 100 раз дольше, чем предыдущие хиноны.

«Это – не конечный вариант, но наша концепция предлагает новый подход к данной сфере», — объяснил Шталь.

На следующих этапах авторы планируют улучшить работу хиноновых медиаторов, повысив эффективность транспортировки электронов. За счет этого система сможет достичь показателей стандартных ТЭ при меньшей стоимости.

Выводы проекта представлены в журнале Joule.