Поскольку начинают появляться средства, использующие водородные топливные ячейки разных размеров, исследователи из Королевского института технологии (Австралия) разработали концепцию аккумуляторов на основе потока протонов,
которые могут помочь в развитии электроэнергетических систем на основеводорода, а также стать альтернативой литий-ионным батарейкам. В отличие от известных электроэнергетических систем, работающих на водороде и подразумевающих его производство, хранение и использование, новые аккумуляторы напоминают скорее обычные батарейки.
В рамках распространенных систем электролизер разделяет воду на кислородный и водородный газ, причем последний хранится до момента его использования в топливной ячейке для выработки электричества в результате химической реакции водородного газа и кислорода из воздуха. Батарейки на основе потока протонов функционируют немного иначе, посредством добавления электрода, включающего в себя гидрид металла, в топливную ячейку, которая представляет собой мембрану, где происходит обратимый обмен протонами.
«Основное новшество заключается в совместном использовании такой топливной ячейки и электродом, - говорит ведущий исследователь, доцент Джон Эндрюс (John Andrews) из отделения воздушно-космического пространства и технического проектирования Королевского института технологии. – Мы исключили необходимость этапа перехода от протонов к газу, поскольку мы напрямую помещаем водород в физическое хранилище».
Во время зарядки вместо разделения воды на кислород и водород и сохранения получаемого водородного газа разрабатываемая батарейка будет комбинировать протоны (ионы водорода), получаемые от разделения воды, с электронами и частицами металла непосредственно в электроде топливной ячейки. Это позволяет сохранить энергии в виде гидрида металла в твердом состоянии, получить электричество при реализации обратного процесса и соединения протонов с кислородом из воздуха.
«Поскольку для зарядки батареи необходим лишь приток воды, а также и воздуха при выработке энергии мы рассматриваем нашу новую систему как батарейку на основе потока протонов, - говорит Эндрюс. – Энергетические батареи, использующие протоны, могут стать более экономичным средством по сравнению с литий-ионными батарейками, которые изготавливаются из относительно редкого материала, раствора или глины».
В целом, исследователи отмечают, что такие батарейки могут быть так же эффективны, как и литий-ионные батарейки, однако первые будут обладать большей плотностью энергии.
«Результаты нашего первого эксперимента являются важным показателем перспективности концепции, но для создания практичной и коммерчески применимой продукции потребуется значительно больше научных и конструкторских разработок», - говорит Эндрюс.
Ученые создали экспериментальный прототип системы размером 65 x 65 x 9 мм и опубликовали работу, посвященную этому устройству в журнале International Journal of Hydrogen Energy.