• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15.03.2023
ЮФУ
1 284

В ЮФУ создали электрокатализаторы, превосходящие по свойствам импортные аналоги

4.5

Коллектив российских ученых из Южного федерального университета разработал комплексный подход к исследованию электрокатализаторов для топливных элементов с протонообменной мембраной, который позволит значительно сократить длительные эксперименты исследователей в этой области. Значимым результатом работы стали полученные катализаторы с большей активностью и устойчивостью к деградации по сравнению с импортными коммерческими катализаторами.

В ЮФУ создали электрокатализаторы, превосходящие по свойствам импортные аналоги / ©Getty images / Автор: Сергей Данилов

Электрокатализатор — это один из основных компонентов топливных элементов, без которого их работа по преобразованию химической энергии в электрическую невозможна. Известно, что функциональные характеристики катализатора сильно зависят от его структурно-морфологических параметров, которые определяются размером, формой и распределением наночастиц платины по поверхности углеродного носителя. Для достижения высокой активности материала в реакции восстановления кислорода наночастицы зачастую должны иметь размер менее трех нанометров.

Однако электрокатализатор со столь малыми частицами довольно неустойчив к деградации при его эксплуатации. Поэтому в состав наночастиц вводятся атомы меди, которые позволяют не только повысить активность в реакции восстановления кислорода, но и продлить время эксплуатации катализатора.

Коллектив молодых ученых студенческого научного объединения «Новые материалы для электрохимической энергетики» Химического факультета ЮФУ провел исследование, которое затрагивает такой важный аспект, как тестирование материалов на их устойчивость к деградации. Значимым результатом работы, опубликованной в журнале International Journal of Hydrogen Energy, являются полученные катализаторы. Материалы обладают не только большей активностью в реакции восстановления кислорода, но и минимум в два раза стабильнее при эксплуатации по сравнению с импортным коммерческим катализатором.

«Мы разработали и запатентовали новые способы получения электрокатализаторов с ультрамалым размером наночастиц, которые, к нашему удивлению, проявили повышенную устойчивость к деградации независимо от условий тестирования по сравнению с аналогами, содержащими больший размер частиц. Оказалось, что высокая равномерность пространственного распределения наночастиц способствует повышению стабильности материалов. Мы надеемся, что подобные технологии анализа и синтеза катализаторов ускорят внедрение топливных элементов в повседневную жизнь», — подытожила ведущий научный сотрудник Анастасия Алексеенко.

Коллектив молодых ученых студенческого научного объединения «Новые материалы для электрохимической энергетики» химического факультета ЮФУ / ©Пресс-служба ЮФУ

Тестирование катализаторов в двух актуальных протоколах Министерства энергетики США и компании-производителя автомобилей на топливных элементах Toyota позволило оценить возможность применения электрокатализаторов в стационарных условиях работы топливного элемента, например, в качестве генератора энергии в доме или на производстве, а также в режиме включение-выключение, например в беспилотных летательных аппаратах и автомобилях. Синтезированные по запатентованной технологии электрокатализаторы оказались перспективны для использования как в стационарном режиме, так и в режиме включение-выключение.

«Итогом работы над нашим проектом является разработанный комплексный подход исследования морфологии и электрохимического поведения катализаторов и практические методические указания по проведению экспериментов. Это позволит значительно сократить длительные эксперименты исследователей. Полученная корреляция между морфологией и электрохимическим поведением катализаторов представляет собой ценные знания для ученых, ведущих разработки в области создания топливных элементов и электрокатализаторов», — отметил младший научный сотрудник Кирилл Паперж.

Работа молодых ученых является как никогда актуальной сегодня — в период развития технологической независимости страны и импортозамещения. В первую очередь полученные катализаторы будут применятся в топливных элементах с протонообменной мембраной, которые могут быть применены в совершенно разных областях жизни человека: от портативных зарядных устройств и беспилотных летательных аппаратов до автомобилей и стационарных зарядных станций. Создать высокоактивные и устойчивые к деградации катализаторы возможно. Более того, их можно будет применять в «чистых» транспортных средствах нового поколения, что позволит ускорить внедрения водородной энергетики в повседневную жизнь.

«Разработанные в лабораториях химического факультета Южного федерального университета электрокатализаторы имеют высокий рыночный потенциал, что с одной стороны связано с широкими возможностями их применения — от беспилотных летательных аппаратов до автомобилей, а с другой объясняется общегосударственным курсом на импортозамещение и приобретение технологического суверенитета страны, ростом спроса на отечественные технологии и разработки. По данным аналитического портала Статистики внешней торговли России крупнейшими странами в 2020 году, импортирующими наши катализаторы на носителях, содержащих в качестве активного компонента драгоценные металлы или их соединения российского производства стали Германия (доля по стоимости – 64,19%), Ливан (16,47%), Китай (14,42%), Беларусь и Чехия – 4,92%.

Важно, что рынок постоянно растет и имеет высокий потенциал с позиции обеспечения потребностей промышленности отечественными катализаторами. Так, по данным Международной организации автопроизводителей прогнозируется, что мировой рынок автомобильных катализаторов будет демонстрировать среднегодовой темп роста более трех процентов в течение прогнозируемого периода до 2026 года. В 2022 году импорт катализаторов составил 1,47 миллионов долларов, что представляет дополнительную емкость внутреннего рынка, которую могут занять отечественные предприятия, что позволяет говорить о высоком потенциале рынка катализаторов как в текущий момент, так и в среднесрочной перспективе», — отметила кандидат экономических наук, доцент кафедры менеджмента и инновационных технологий, старший научный сотрудник Института управления в экономических, экологических и социальных системах ЮФУ Екатерина Каплюк.

Уже сегодня разработанные технологии синтеза активно интегрируются в коммерческое производство электрокатализаторов в компании ООО «Прометей РД». Авторы надеются, что подробно представленный ими комплексный подход исследования материалов станет своего рода пособием для ученых, занимающихся разработкой новых катализаторов для водородной энергетики. Исследование проведено в рамках совместной работы коллективов Южного федерального и Кубанского государственного университетов по гранту Кубанского научного фонда. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Южный федеральный университет образован в рамках национального проекта "Образование" распоряжением Правительства Российской Федерации от 23 ноября 2006 года N1616-р (pdf) и приказом Министерства образования и науки Российской Федерации от 4 декабря 2006 года N1447 путем присоединения к Ростовскому государственному университету трех вузов: Таганрогского государственного радиотехнического университета, Ростовского государственного педагогического университета, Ростовской государственной академии архитектуры и искусств.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

Вчера, 08:19
Дарья Г.

В центре далекой галактики OJ 287 находятся две черные дыры, одна из которых в сотню раз больше другой. В 2021 году астрономы подтвердили существование пары по изменению яркости объекта. Теперь же ученым удалось доказать, что источником той необычной вспышки была именно малая черная дыра.

Вчера, 11:12
Александр Березин

Нынешняя версия крупнейшего носителя SpaceX вдвое мощнее «Сатурна-5», самой мощной ракеты прошлого. Однако документ Федерального управления гражданской авиации США показал, что Илон Маск планирует серьезно нарастить разрыв. Попутно у его ракеты значительно увеличится количество двигателей в обеих ступенях, в итоге она станет выше высочайшей пирамиды на земле.

10 июня
Александр Березин

Исследователи из США выяснили, что примерно два миллиона лет назад Солнечная система захватила хвост облака холодного межзвездного газа. В результате гелиосфера сильно сжалась, дав галактическим лучам свободно облучать все планеты системы. Это должно было вызвать и серьезные проблемы с климатом.

11 июня
Андрей

Китайские палеонтологи обнаружили образцы самых больших моллюсков, живших после Великого вымирания. Их гигантский размер говорит о том, что брюхоногие интенсивнее и быстрее восстановились в росте после массовой гибели. До этого подобные свидетельства находили в ладинском ярусе, а сейчас в анизийском.

8 июня
Михаил Орлов

Переселение позвоночных из воды в наземно-воздушную среду жизни стало поворотным моментом в истории биосферы. Однако этот эволюционный скачок имел и серьезные побочные эффекты: он привел к потере способности восстанавливать потерянные части тела рептилиями, птицами и млекопитающими. В новой статье биологи рассмотрели генетические и эволюционные аспекты освоения суши и выяснили, что резкое ослабление регенерации стало своеобразной «расплатой» за адаптации животных к другой среде.

15 мая
НИУ ВШЭ

Международный коллектив исследователей при участии ученых из Института когнитивных нейронаук НИУ ВШЭ изучил, как выбор иностранного языка влияет на когнитивные способности человека. Оказалось, что языки, непохожие на родной, стимулируют когнитивную функцию на начальном этапе их изучения, а близкие к родному имеют отложенный эффект и помогают мозгу эффективнее работать при более высоком уровне владения иностранным языком.

24 мая
Игорь Байдов

С помощью космических и наземных телескопов международная команда астрономов открыла похожий на нашу планету мир в так называемой зоне обитаемости, позволяющей воде существовать на поверхности тела в жидком состоянии. По космическим меркам экзопланета находится достаточно близко к Земле и, вероятно, представляет собой скалистый мир с благоприятным для жизни климатом. Подобные миры астрономы открывают крайне редко.

27 мая
Андрей

Европейские гляциологи, используя первые снимки Восточной Антарктиды 1937 года, а также фотографии середины XX века и современные спутниковые данные, отследили, как менялись ледники в этом регионе на протяжении 85 лет.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: