Команда исследователей под руководством профессора Йонг-Сун Ю из Департамента энергетики и науки DGIST совершила прорыв. Ученым удалось создать уникальные наночастицы из сплава платины и кальция, используя жидкую среду. Эти крошечные частицы работают как катализатор, который значительно повышает и эффективность, и срок службы водородных топливных элементов — перспективной экологически чистой технологии.

Раньше ученые предполагали, что сочетание платины с щелочноземельными металлами, такими как кальций, может дать отличный результат. Но была проблема: кальций крайне сложно «приручить» в электрохимических процессах, поэтому создать такой сплав с платиной считалось почти невозможным. Практичных методов синтеза таких наночастиц в мире просто не существовало.

Новый катализатор устроен хитро и умно. У него есть внутреннее ядро, где атомы кальция и платины упорядочены, и внешняя оболочка, богатая платиной. Такой дизайн считают идеальным для топливных элементов: платина обеспечивает высокую активность, а связь с кальцием придает стабильность и долговечность всей структуре.

Ученые не остановились на теории. Они испытали частицы в реальных условиях, используя их как катализатор на аноде топливного элемента. Результаты превзошли целевые показатели Министерства энергетики США на 2025 год. Фактически, эта технология уже готова к применению в водородном транспорте и энергогенерации.

Чтобы понять, в чем секрет успеха, команда DGIST объединилась с теоретиками под руководством профессора Кая С. Экстнера из Университета Дуйсбурга-Эссена (Германия). Расчеты показали, что все дело в необычно сильном взаимодействии между атомами платины и кальция. Именно эта прочная связь — ключ к долгой и стабильной работе катализатора.

Для катализаторов топливных элементов часто бывает сложно одновременно достичь и высокой производительности, и долговечности, — комментирует профессор Йонг-Сун Ю. — Наночастицы сплава платина-кальций не только демонстрируют выдающиеся характеристики, но и обещают низкую стоимость производства. Это очень многообещающая технология, которая может серьезно ускорить коммерциализацию водородных топливных элементов в самых разных областях.

Исследование поддержано Программой для ученых среднего уровня Национального исследовательского фонда Кореи. Первым автором статьи выступил аспирант команды профессора Ю — Джаян-Барима Кейлеб. Работа опубликована в престижном журнале Small, одном из ведущих в области нанотехнологий.

Реальная польза этого исследования носит прикладной и экономический характер.

• Во-первых, оно напрямую ведет к созданию более дешевых и долговечных водородных топливных элементов. Если целевые показатели DOE уже превзойдены, это сокращает путь к серийному производству. Водородные автомобили смогут проезжать больше без потери мощности, а заправки станут реже, что повышает привлекательность технологии для потребителя.
• Во-вторых, снижение стоимости и увеличение срока службы катализатора — главного драйвера цены топливного элемента — может сделать «зеленую» водородную энергетику конкурентоспособной по сравнению с традиционной. Это касается не только транспорта, но и резервных или распределенных систем энергоснабжения.

В долгосрочной перспективе работа корейских и немецких ученых приближает переход от углеродной экономики к водородной.

Основное замечание касается стадии внедрения. В тексте говорится о результатах в «практической среде» топливного элемента, но не раскрывается масштаб испытаний. Были ли это лабораторные тесты на одном ячейке или испытания полноразмерного стека? Долговечность — ключевой параметр, и для его подтверждения требуются тысячи часов непрерывной работы в реальных, а не смоделированных условиях (например, с коммерческими мембранами, при переменных нагрузках и температурах). Также отсутствует информация о стабильности самой структуры „ядро-оболочка“ после многих циклов запуска/остановки, которые неизбежны в автомобиле. Без этих данных заявление о „готовности к немедленному применению“ выглядит несколько преждевременным, хотя научный прорыв неоспорим.

Ранее ученые заставили платину работать на полную катушку.