Паста Powerpaste может совершить прорыв в развитии водородомобилей

10 февраля 2021

Ученые создали магниевую пасту Powerpaste с энергоемкостью в 10 раз большей, чем у литий-ионного аккумулятора

В области водородомобилей (и не только их – авт.) наметился значительный прорыв – международной группе инженеров и химиков из дрезденского общества Фраунгофера (IFAM) удалось совершить прорыв в области водородных технологий.

Ученым удалось создать новую систему для хранения энергии в виде пасты Powerpaste на основе гидрида магния (фото на заставке). Вещество Powerpaste способно накапливать H₂ c 10-кратно большей плотностью, чем сейчас обеспечивают литий-ионные аккумуляторы. Новый способ хранения водородного топлива обеспечивает безопасный способ его использования и транспортировки.

Как сообщает портал New Atlas в настоящее время электромобили на водородных топливных элементах (FCEV) перевозят запас топлива в газообразной форме. Водород хранится в криобаках при давлении около 700 бар, поэтому данные резервуары – это наиболее явный недостаток применения водорода на автомобильном транспорте (FCEV). Тяжелые баллоны с водородом (запас которого при этом невелик – буквально считанные литры – авт.) занимают много места и нивелируют преимущество таких энергосистем в виде присущей водороду высочайшей плотности энергии. По этой же причине водород не используется и в менее тяжелом транспорте, например, на электросамокатах, электробайках и электроскутерах.

Опытная установка, на которой удалось получить водородоаккумулирующую пасту Powerpaste

Команда исследователей подошла к проблеме креативно и смешала магний с водородом при температуре около 350°C и давлении в пять-шесть раз превышающем атмосферное. Далее в состав были добавлены сложный эфир и соль магния – в результате образовалась вязкая серая масса, которую назвали Powerpaste. Оно стабильнее газообразного водорода и может быть помещено в специализированные картриджи, конструкция которых также разработана учеными.

Паста Powerpaste полностью стабильна при температуре до +250°C. Но, главное в том, что вещество сохраняет на порядок (!) больше удельной энергии, чем литий-ионные аккумуляторы аналогичной массы, и, по словам ученых, вмещает существенно больше H₂, чем бак водорода с аналогичными габаритами. Они утверждают, что запас хода водородомобиля с источником H₂ на базе Powerpaste, может превзойти даже показатели бензиновых автомобилей (ICE).

При этом создали Powerpaste, естественно, не зацикливаются на сегменте автомобильного транспорта – прорывная технология позволяет перевести на экологически чистый вид топлива и практически все прочие виды транспорта. В первую очередь, речь идет о свехлегких электрических самокатах (Segway и т.п.). Миниатюрный вес и размеры водородных баков на основе Powerpaste позволят установить водородные энергетические установки (с миниатюрными же топливными элементами) и картриджи с пастой на нижней части рамы самокатов, причем процесс заправки водородом будет занимать минуты. По словам ученых, для перезарядки Powerpaste потребуется один новый картридж и немного водопроводной воды.

Институт производственных технологий и передовых материалов им. Фраунгофера одобрил новую разработку и на днях приступил к строительству пилотной линии для производства пасты. Ввод в эксплуатацию объекта намечен до конца 2021 года, а в 2022 году установка должна произвести первые четыре тонны экспериментальной пасты Powerpaste.

Криобак на водородомобиле BMW занимал огромный объем, что делало энергетическую установку с ДВС на H₂ неэффективной даже в сравнении со свинцово-кислотными аккумуляторами

  Справка: водород можно применять и в качестве топлива для обычных ДВС. Другой вопрос – каков при этом термический КПД (для газовых двигателей с искровым зажиганием не превышающий 38%) с выделением водяного пара (как и у топливных элементов с КПД до 83%). Поэтому из-за проблем с хранением водорода на борту ТС в последние десятилетия старались использовать именно водородные топливные элементы (Fuel Cell) для электромобилей, которые преобразуют водородное топливо в электроэнергию гораздо экономичнее, но при этом стоят на порядок дороже ДВС (в расчете на киловатт мощности), хотя в последние годы и дешевеют вслед за литий-ионными аккумуляторами. Кроме того, огромной проблемой был также способ хранения водорода, для чего до сих пор существовали только два способа – криобаки (температура водорода –270°С) или т.н. металлгидридные баки, до сих пор не слишком эффективные, т.е. слишком тяжелые и дорогие, хотя и безопасные.

Криобаки (желтого цвета) емкостью 60 и 62,4 литра на электрическом водородомобиле (FCEV) Toyota Mirai тоже весьма громоздки, но благодаря применению высокоэффективных топливных элементов, позволяют проезжать до 650 километров (по японскому стандарту JC08)

P.S. Основной целью применения водорода (его экологически чистая генерация – тема для отдельной статьи), выступает «озеленение» железнодорожных локомотивов и автомотрис, речных и океанских судов и даже самолетов (вплоть до авиалайнеров, на которые, кстати, приходится примерно четверть всех вредных выбросов от транспорта планеты).

Один из протектов водородолета – авиалайнера на чистом водородном топливе

Если паста Powerpaste, действительно, окажется удельно дешевле (как в расчете на килограмм веса, а также по стоимости применяемых материалов), чем нынешние и даже перспективные электрохимические источники тока, то это может стать реальным прорывом именно для магистрального транспорта, для которого нынешние аккумуляторы все еще слишком громоздки и дороги, а также токсичны при утилизации и авариях.

Следите за новостями на портале www.rim3.ru 

Загрузка