Сутегі болашақтың, әсіресе өнеркәсіптік қолдану үшін негізгі энергия тасымалдаушысына айналуға дайын. Бұл суды сутегі мен оттегіге бөлетін климатқа қолайлы технологияларды қажет етеді. Негізгі қиындық - құны: PEM су электролизі коррозияға төзімді компоненттерді қажет етеді, олардың кейбіреулері платинамен қапталған. TU Wien-де жүргізілген тәжірибелер қазір мұндай платина қабаттарындағы электрохимиялық процестерді егжей-тегжейлі зерттеді. Нәтижелер дұрыс енгізілсе, қазіргі стандартты тәжірибеге қарағанда платина әлдеқайда аз қажет болатынын көрсетеді. Бұл электролизді айтарлықтай тиімді ете алады.
Су электролизінің негізгі принципі қарапайым: су молекулалары электр тогы арқылы бөлінеді. Электродта оттегі молекулалары, оң зарядталған сутегі иондары және электрондар түзіледі. Протондар мембрана арқылы екінші электродқа ауысады, онда олар электрондармен бірігіп, сутегі молекулаларын түзеді. Дегенмен, техникалық жүзеге асыру күрделі. «Электролиз көптеген металл компоненттеріне зиянды химиялық орта жасайды. Металл еруі мүмкін, ал оксид қабаттары түзілуі мүмкін, бұл ток ағынына кедергі келтіреді», - деп түсіндіреді TU Wien Материалтану және технология институтының қызметкері Гельмут Ридл-Трагенрейф. «Егер жүйе ұзақ уақыт бойы жұмыс істеуі керек болса, әртүрлі компоненттерді мұқият үйлестіру қажет. Биполярлы пластиналар деп аталатындар бұл жерде ерекше маңызды рөл атқарады, жүйе шығындарының 30 пайызына дейін құрайды».
Бұл пластиналар бір уақытта бірнеше функцияны орындайды: олар механикалық тұрақтылықты қамтамасыз етеді, электр тогын өткізеді және су мен газдардың тасымалдануын қамтамасыз етеді. Титан бұл мақсатқа қолайлы материал болып табылады, себебі ол агрессивті жағдайларда да коррозияға өте төзімді. Дегенмен, титан бетінде оксид қабаты пайда болады, бұл электр тогының ағынына кедергі келтіреді. Сондықтан мұндай биполярлы пластиналар платинадан жасалған жұқа қабатпен қапталған. Бұл қабат электр тогын өткізеді, коррозияға төзімді және астындағы титанды қорғайды. Осы уақытқа дейін бұл платина қабатының қаншалықты қалыңдығын ашық қалдыру керек деген сұрақ туындады. Бұл қазір TU Wien университетінде жүйелі түрде зерттеліп келеді. Нәтижесі таңқаларлық: сынақтан өткен жағдайларда қалыңдығы небәрі 24 нанометр болатын платина қабаты жеткілікті болып шықты. Дегенмен, қабат қалыңдығы сегіз нанометр болған кезде айтарлықтай мәселелер туындады. Бұл қазіргі уақытта өнеркәсіпте қолданылатын 200 нанометрлік жабынмен салыстырғанда, бұл қорғаныш қабаты үшін қажетті платинаның шамамен 88 пайызын үнемдеуге болатынын білдіреді. «Бүгінде қалыңдығы бірнеше жүз нанометр болатын платина қабаттары жиі қолданылады. Біздің нәтижелеріміз үнемдеу әлеуетінің қаншалықты үлкен екенін көрсетеді», - дейді Хельмут Ридл-Трагенрейф.
Мұны көрсету үшін тек функционалды жабынды жасау жеткіліксіз. Сондай-ақ, оның агрессивті жұмыс жағдайларындағы кедергісін тексеру қажет. «Біз электрохимиялық кернеуге дейін және одан кейінгі қабаттарды жоғары ажыратымдылықтағы әдістерді қолдана отырып талдадық», - дейді Ридл-Трагенрейф. «Ең маңызды фактор - қабатта микроскопиялық ақаулардың пайда болуы». Мұндай ақаулар қатал циклге әкелуі мүмкін: егер платина қорғаныс қабаты бір жерде зақымдалса, астындағы титанға шабуыл жасалуы мүмкін. Ол тотығады, ал шекарада кішкентай оттегі көпіршіктері пайда болуы мүмкін. Бұл механикалық кернеулерді тудыруы және платина қабатын одан әрі зақымдауы мүмкін. Жабынның үлкен бөліктері ажырап, одан да көп титанды ашуы мүмкін - және процесс жеделдейді. Сегіз нанометрлік жұқа платина қабатында зерттеушілер мұндай зақымданудың айқын дәлелдерін тапты: кернеу сынағынан кейін ол үлкенірек ақауларды көрсетті және электролитке айтарлықтай көп титан мен платина иондары кірді. Екінші жағынан, 24 нанометрлік қалыңдықтағы қабат сыналған жағдайларда негізінен бүтін күйінде қалды және жақсы электр өткізгіштігін сақтап қалды. Металл иондарының бөлінуі өте төмен деңгейде сақталды. «Қандай қабат қалыңдығы шынымен оңтайлы екендігі көптеген факторларға, мысалы, өндіріс техникасына және жабынның біркелкілігіне байланысты. Дегенмен, біз мұнда көрсете алғанымыз - электролиздеушілерде платина тұтынуын азайтудың үлкен әлеуеті бар. Материалтану тұрғысынан алғанда, бүгінде қолданылатын қабат қалыңдығы міндетті түрде қажет емес», - дейді Ридл-Трагенрейф.
Түпнұсқа басылым:
A. Glitschthaler және т.б., Төмен пластиналы PEMWE компоненттеріне қарай: титан BPP-дегі Pt қорғаныс жабындарының ең аз қалыңдығын анықтау, ACS қолданбалы материалдары мен интерфейстері, 18,33 (2026).
https://pubs.acs.org/aamick/article/18/33/45195/5253263/Toward-Low-Pt-PEMWE-Comp
