Dlaczego samochody na wodór się nie przyjmują? Z dwóch podstawowych powodów: stacje tankowania tego gazu jeszcze nie są zbyt popularne, a w niektórych krajach nie ma ich wcale. W dodatku ogniwa paliwowe wymagają zastosowania platyny, która jest pierwiastkiem drogim i rzadkim, co wpływa na ostateczną cenę aut FCEV. Dlatego naukowcy już pracują nad zastąpieniem platyny kobaltem.
Kobalt może pozwolić na popularyzację aut na wodór
Spis treści
Kobalt to pierwiastek o dość unikalnych właściwościach. Znalazł zastosowanie przy odsiarczaniu paliw w procesie rafinacji ropy naftowej (tak, tak, auta spalinowe też potrzebują kobaltu do jazdy), stosowany jest też w elektrykach – i wielu urządzeniach z bateriami – w katodach ogniw Li-ion. W przyszłości może pomóc samochodom z wodorowymi ogniwami paliwowymi (FCEV).
Jak zdradził na początku 2020 roku Klaus Froehlich, szef zespołu badawczo-rozwojowego BMW, auta zasilane wodorem nie mają obecnie racji bytu, ponieważ ogniwa paliwowe są 10 razy droższe niż napęd elektryczny. Spora część kosztów (50 procent wartości ogniwa) bierze się z zastosowania platynowych elektrod, które w ogniwach paliwowych pełnią rolę katalizatorów przyspieszających reakcję wodoru z tlenem.
Naukowcy z Pacific Northwest National Laboratory postanowili zastąpić elektrody platynowe kobaltowymi, w których atomy metalu poprzetykano atomami azotu i węgla. Taka struktura, w której kobalt uwięziono w specjalnie przygotowanych strukturach organicznych, ma być cztery razy bardziej wytrzymała niż wykonana z żelaza (źródło). Docelowo powinna być też tańsza od platynowej, na giełdach cena kobaltu jest mniej więcej 1 000x niższa niż cena platyny.
Badania nad kobaltem pomagają ogniwom paliwowym w ogóle
Okazało się, że reaktywność takiego medium jest lepsza niż innych katalizatorów zbudowanych bez obecności platynowców lub żelaza. Udało się też przy okazji odkryć, że powstająca w procesie utleniania woda utleniona (H2O2) powoduje degradację i spadek wydajności katalizatora. Pozwoliło to na zabezpieczenie elektrod i zwiększenie wytrzymałości struktury, co w przyszłości może wydłużyć czas eksploatacji ogniw.
Aktualny czas życia ogniw paliwowych opartych na platynie ocenia się na około 6-8 tysięcy godzin przy układach pracujących niejednostajnie, co daje do 333 dni pracy ciągłej lub do 11 lat przy założeniu aktywności przez 2 godziny dziennie. Ogniwom najbardziej szkodzą zmienne obciążenia oraz procesy aktywności przetykane brakiem pracy, dlatego niektórzy eksperci mówią wprost, że nie powinno się ich stosować w samochodach.
Aktualizacja 2020/12/31, godz. 16.06: w pierwotnej wersji tekstu mowa była o „platynowych membranach”. To oczywisty błąd. Platynowa jest powierzchnia co najmniej jednej z elektrod. Dobrze widać to na tym zdjęciu, warstwa katalizatora z platyną znajduje się pod membraną. Przepraszamy za brak skupienia w trakcie redakcji tekstu.
Zdjęcie otwierające: ilustracyjne, ogniwo paliwowe firmy (c) Bosch / Powercell
