Тойота готовится к созданию водородных топливных элементов нового поколения

Тойота готовится к созданию водородных топливных элементов нового поколения

  • В научно-исследовательском центре Тойота был изобретен инновационный метод наблюдения за поведением наночастиц.
  • Разработка позволит в ближайшем будущем создать более эффективные блоки водородных топливных элементов нового поколения.

Специалисты в области инноваций «Тойота Мотор Корпорэйшн» разработали уникальную технологию наблюдения за процессом деградации катализатора, входящего в состав водородных топливных элементов. Благодаря изобретенному исследователями Тойота методу наблюдения за наночастицами появилась возможность следить за их изменением в режиме реального времени. Открытие может в ближайшем будущем привести к появлению более эффективных и долговечных блоков топливных элементов нового поколения для автомобильных силовых установок.

«Тойота Мотор Корпорэйшн» и Японский центр тонкой керамики (JFCC) совместно разработали новую методику наблюдения за поведением наночастиц платины в процессе химической реакции, происходящей в топливных элементах. Новая методика позволила исследователям, в частности, отследить процессы, приводящие к снижению химической активности платинового каталитизатора, входящего в состав блока топливных элементов.

Принцип действия водородных топливных элементов основан на выработке электроэнергии в результате реакции между водородом и кислородом. Платина – эффективный катализатор, необходимый для реакции. Снижение химической активности катализатора связано с «укрупнением» наночастиц платины, при котором частицы увеличиваются в размерах, а площадь их поверхности уменьшается. До появления новой методики, разработанной специалистами Тойота, отследить процессы, приводящие к укрупнению, было невозможно. Отсутствие возможности наблюдения в режиме реального времени, в свою очередь, затрудняло анализ коренных причин укрупнения.

Новый метод наблюдения позволяет обнаружить на угольном носителе места скопления укрупненных наночастиц платины, а также измерить изменение уровня выходного напряжения топливного элемента в процессе укрупнения. Изобретенный исследователями Тойота способ позволит также сравнить характеристики разных материалов-носителей для нанесения катализатора. Результаты комплексного анализа укажут новые направления исследований, направленных на улучшение производительности и долговечности платинового катализатора, что приведет к повышению эффективности водородных топливных элементов.

Предпосылки научно-исследовательской деятельности

Топливные элементы вырабатывают электроэнергию за счет химической реакции газообразного водорода и кислорода. Каждый отдельный топливный элемент в блоке осуществляет превращение химической энергии топлива в электричество в процессе электрохимической реакции, в которой водород используется со стороны анода и кислород на стороне катода. Единственным побочным продуктом реакции является обычная вода.

В процессе реакции молекулы водорода разделяются на электроны и катионы водорода на стороне анода. На платиновом катализаторе анода молекулярный водород теряет электроны. Поток электронов движется к катоду кислорода, вырабатывая электроэнергию для питания электродвигателя. Между тем, катионы водорода проводятся через полимерную мембрану на сторону катода, где при соединении с кислородом образуется вода. Для этой реакции в качестве катализатора также используется платина

Таким образом, платина – необходимый компонент для производства электроэнергии в топливных элементах, играющий жизненно важную роль в повышении их эффективности. Сложность заключается в том, что платина – редкий и дорогостоящий элемент. В процессе реакции наночастицы платины укрупняются, что приводит к снижению количества электроэнергии, вырабатываемого топливным элементом. Чтобы предотвратить укрупнение частиц и поддержать каталитическую производительность, необходимо идентифицировать процессы, приводящие к укрупнению частиц. Основная проблема заключается в том, что малые размеры наночастиц платины усложняют наблюдение за процессами при помощи стандартных средств.

Особенности методики наблюдения, разработанной специалистами Тойота

Обычный способ наблюдения за поведением наночастиц платины заключается в сравнении размеров частиц в фиксированной точке до и после реакции. С помощью этого традиционного метода было обнаружено, что наночастицы платины после реакции укрупняются, а их химическая активность снижается. Однако причины этого снижения оставались предположительными из-за невозможности наблюдать за процессами, приводящими к укрупнению, в режиме реального времени.

Новый метод, разработанный исследователями Тойота, предполагает использование для наблюдений образца, в котором среда и условия полностью соответствуют тем, что возникают в топливных элементах в процессе выработки энергии. Этот метод, в дополнение к недавно разработанной методике подачи напряжения на образцы, установленные внутри просвечивающего электронного микроскопа, позволяет наблюдать процесс укрупнения частиц в реальном времени на всех этапах выработки электроэнергии. Просвечивающий электронный микроскоп позволяет наблюдать и анализировать материалы, размеры которых находятся в нанодиапазоне (0,1 нм).

/

Смотрите также

13/09/2018 ООО «Тойота Мотор» представляет уникальный комплекс мер для защиты от угона 13/09/2018 ООО «Тойота Мотор» представляет уникальный комплекс мер для защиты от угона ООО «Тойота Мотор» внедряет инновационный комплекс мер для защиты от угона и повышения безопасности покупки автомобиля на вторичном рынке. 02/03/2018 Приближая будущее: Toyota инвестирует в проект перспективного воздушного такси 02/03/2018 Приближая будущее: Toyota инвестирует в проект перспективного воздушного такси В числе стратегических инвесторов перспективного калифорнийского стартапа значится компания Toyota AI Ventures – дочернее предприятие Toyota Motor Corporation. 06/12/2017 Toyota Safety Sense второго поколения увидит пешеходов даже ночью 06/12/2017 Toyota Safety Sense второго поколения увидит пешеходов даже ночью Toyota представила пакет систем активной безопасности Toyota Safety Sense второго поколения, получивший сразу несколько новых функций. 29/11/2017 Тойота запустила продажи робота-компаньона Kirobo Mini 29/11/2017 Тойота запустила продажи робота-компаньона Kirobo Mini Робот-компаньон помещается на ладони и общается с пользователем на интересующие его темы благодаря способности запоминать предпочтения человека и хранить информацию о прошлых событиях.
25/10/2017 Toyota представила 10 тематических новинок на Токийском международном автосалоне 25/10/2017 Toyota представила 10 тематических новинок на Токийском международном автосалоне В Японии открылся 45-й по счету международный Токийский автосалон, на котором Toyota представляет сразу 10 новинок. 08/08/2017 Тойота наращивает инвестиции в безопасность автономных автомобилей 08/08/2017 Тойота наращивает инвестиции в безопасность автономных автомобилей Тойота инвестирует 5 миллионов долларов в создание специального трека для тестирования технологий автономного вождения. 12/07/2017 Toyota на «ИННОПРОМ-2017»: встреча на высшем уровне 12/07/2017 Toyota на «ИННОПРОМ-2017»: встреча на высшем уровне С 10 по 13 июля в Екатеринбурге проходит международная промышленная выставка «ИННОПРОМ-2017», страной-партнером которой в этом году стала Япония. 4/07/2017 Инжиниринговый центр НИТУ «МИСиС» и Toyota объявили о сотрудничестве 4/07/2017 Инжиниринговый центр НИТУ «МИСиС» и Toyota объявили о сотрудничестве 30 июня в Москве состоялось открытие Инжинирингового центра прототипирования высокой сложности, созданного на базе Национального исследовательского технологического университета «МИСиС».