Katalyzátor s palivovými články je slibný pro pohon těžkých nákladních vozidel

26. 9. 2025

Výzkum publikovaný v časopise Nature Communications představuje významný krok směrem k tomu, aby se technologie vodíkových palivových článků stala životaschopnou pro komerční flotily, kde je potřeba řešení s dlouhým dojezdem a vysokým výkonem největší.

Palivové články jsou zařízení, která mohou vyrábět elektřinu z různých paliv. Když palivové články využívají vodík a kyslík, jediným vedlejším produktem je voda. Zatímco dnešní palivové články fungují dobře v osobních automobilech, roste zájem o využití palivových článků k efektivnímu pohonu těžkých nákladních vozidel, jako jsou autobusy, nákladní automobily a vozidla pro dálkovou přepravu. Jednou z největších výzev bylo navrhnout katalyzátory, které jsou dostatečně odolné a účinné, aby zvládly dodatečné požadavky takto náročných aplikací.

Tým vedený Brookhavenem navrhl nový dusíkem dopovaný katalyzátor vyrobený z pečlivě vyladěné směsi pěti kovů: platiny, kobaltu, niklu, železa a mědi. Takové "intermetalické materiály s vysokou entropií" – pojmenované tak proto, že obsahují více prvků v uspořádané atomové struktuře – jsou obzvláště stabilní, což z nich činí slibné kandidáty pro použití v extrémních prostředích.

Přiblížením materiálu na atomární úrovni pomocí rentgenových paprsků a mikroskopie v Brookhaven's National Synchrotron Light Source II (NSLS-II) a Condensed Matter Physics and Materials Science Department vědci objevili, že nový katalyzátor má drobné deformace ve své atomové struktuře, částečně způsobené tím, co označují jako "sub-angstromové napětí".

Tyto jemné posuny v poloze atomů – měřící mnohem méně než šířka jednoho atomu – v kombinaci se silnými vazbami mezi atomy kovů a dusíku činí katalyzátor vysoce aktivním a neobvykle odolným.

Rekordní výkon

V přísných testech simulujících provoz těžkých nákladních vozidel si nový katalyzátor udržel vynikající výkon po dobu 90 000 provozních cyklů – což odpovídá nepřetržitému provozu po dobu 25 000 hodin – a produkoval proudovou hustotu výrazně nad cílovými hodnotami DOE. Tento úspěch byl součástí iniciativy DOE zaměřené na rozvoj technologií palivových článků, které umožní jejich komercializaci pro použití v těžkých nákladních vozidlech a dalších aplikacích.

Práce byla možná díky úzké spolupráci mezi několika výzkumnými skupinami Brookhaven Lab. Vědci ze skupiny povrchové elektrochemie a elektrokatalýzy v divizi chemie přispěli odbornými znalostmi v oblasti syntézy a elektrochemie, zatímco týmy z oddělení fyziky kondenzovaných látek a materiálových věd a Centra pro funkční nanomateriály

(CFN) provedla pokročilou charakterizaci materiálů. Výzkumníci z NSLS-II, jednoho z nejpokročilejších světelných zdrojů na světě, poskytli kritický pohled na strukturu nového katalyzátoru pomocí paprsků QAS (Quick X-ray Absorbing and Scattering) a In situ a Operando Soft X-ray Spectroscopy (IOS).

Zdroj v angličtině: ZDE