Исследователи из Корнеллского университета (Cornell University) разработали катализатор для топливных элементов, который не требует использования драгоценных металлов, таких как платина или палладий. Новый катализатор на основе никеля с углеродным покрытием демонстрирует высокую активность в щелочной среде, что делает его перспективным для широкого применения.

Традиционные топливные элементы работают в кислой среде, где для устойчивости катализаторов необходимы драгоценные металлы. Однако их высокая стоимость ограничивает использование технологии. Новый подход использует щелочную среду, где можно применять недорогие металлы, такие как никель, железо и кобальт, которые в 500–1000 раз дешевле.

Основной проблемой для щелочных топливных элементов была низкая скорость реакции окисления водорода. Никель, хотя и перспективен, быстро окисляется, теряя активность. Учёные решили эту проблему, покрыв никель тонким слоем углерода из графена толщиной всего 3–4 атома. Это покрытие защищает никель от окисления, сохраняя его активность.

(a) Изображение, полученное с помощью сканирующего электронного микроскопа, (b) изображение, полученное с помощью просвечивающего электронного микроскопа при малом увеличении, синтезированного катализатора Ni@C с распределением размеров частиц (на графике). Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences (2026). DOI: 10.1073/pnas.2534305123

В ходе экспериментов катализатор показал мощность 1 Вт на квадратный сантиметр, что превышает целевые показатели Министерства энергетики США для топливных элементов с использованием драгоценных металлов. Это достижение делает технологию конкурентоспособной с традиционными системами.

Новый катализатор был протестирован в условиях, имитирующих работу топливных элементов. Исследования показали, что углеродное покрытие эффективно предотвращает проникновение кислорода в никель, сохраняя его свойства. Это подтверждено изображениями на атомном уровне, полученными с помощью микроскопии.

Хотя текущая долговечность системы составляет около 2000 часов, что ниже целевого показателя в 15 000 часов, учёные уверены, что инженерные доработки позволят достичь необходимой стабильности. Основная химия реакции уже доказала свою эффективность.

В перспективе технология может быть использована в автомобильной промышленности, а также для стационарных и мобильных генераторов. Более того, она подходит для децентрализованных систем электроснабжения, особенно в удалённых районах.

Подробнее на iXBT