Pekin Teknoloji Enstitüsü araştırmacıları, geleneksel tasarımlara göre dört kat daha fazla güç üreten yeni bir PEM yakıt hücresi geliştirdi. Geliştirilen Brønsted asit-Lewis baz arayüzü, proton difüzyon hızını 10 kat, iletkenliği ise 6,5 kat artırıyor. Yeni tasarım, 30.000 çevrimlik stres testinde başlangıç gücünün yüzde 63'ünü koruyarak yüksek dayanıklılık sergiledi. Teknoloji, özellikle ağır taşımacılık ve havacılık gibi yüksek güç yoğunluğu gerektiren alanlarda potansiyel vadediyor.
- Pekin Teknoloji Enstitüsü araştırmacıları, geleneksel tasarımlara göre dört kat daha fazla güç üreten yeni bir PEM yakıt hücresi geliştirdi.
- Geliştirilen Brønsted asit-Lewis baz arayüzü, proton difüzyon hızını 10 kat, iletkenliği ise 6,5 kat artırıyor.
- Yeni tasarım, 30.000 çevrimlik stres testinde başlangıç gücünün yüzde 63’ünü koruyarak yüksek dayanıklılık sergiledi.
- Teknoloji, özellikle ağır taşımacılık ve havacılık gibi yüksek güç yoğunluğu gerektiren alanlarda potansiyel vadediyor.
Pekin Teknoloji Enstitüsü (BIT) bünyesindeki araştırmacılar, hidrojen yakıt hücrelerinin performansını kısıtlayan en büyük engellerden birini aşmayı başardı. Geliştirilen yeni proton değişim membranlı (PEM) yakıt hücresi, standart çalışma koşullarında 0,7 volt gerilimde 0,75 watt/cm² güç yoğunluğuna ulaşarak mevcut tasarımların yaklaşık dört katı performans sergiliyor.
Proton hareketinde yeni verimlilik
Yakıt hücrelerinde katalizör tabakası, protonların reaksiyon bölgelerine ulaşmasını zorlaştıran bir darboğaz oluşturabiliyor. BIT ekibi, bu sorunu çözmek amacıyla yeni bir Brønsted asit-Lewis baz arayüzü tasarladı. Bu yapı, proton transferi için ek kanallar oluşturarak hücre içerisindeki hareketliliği önemli ölçüde kolaylaştırıyor.
Yapılan deneyler, bu yeni malzemenin proton difüzyon hızını 10 kat, proton iletkenliğini ise 6,5 kat artırdığını ortaya koydu. Ayrıca, protonların hareketi için gereken aktivasyon enerjisi yarıdan fazla düşürüldü. Bu iyileştirmeler, platin gibi pahalı katalizörlerin gram başına 6,9 kW güç üretecek şekilde çok daha verimli kullanılmasına olanak tanıyor.
Dayanıklılık ve uygulama alanları
Yeni tasarım, uzun süreli kullanım için kritik olan dayanıklılık testlerinde de öne çıkıyor. Hızlandırılmış stres testlerinde 30.000 çevrim sonrasında sistem, başlangıçtaki maksimum gücünün yüzde 63’ünü korumayı başardı. Geleneksel sistemlerde bu oran yalnızca yüzde 30 seviyesinde kalıyor.
Araştırmacılar, bu teknolojinin özellikle ağırlık ve hacmin kritik olduğu ağır taşıtlar, uzun menzilli lojistik ve havacılık uygulamalarında devrim yaratabileceğini belirtiyor. Özellikle sıvı oksijen kullanılan havacılık sistemlerinde, bu yüksek güç yoğunluğu önemli bir avantaj sağlayabilir.
Seri üretim aşaması
Laboratuvar ortamında pratik ölçekte üretilebilen bu kompozit malzeme, şu an üç gün içerisinde 100 kW sınıfında 10 yakıt hücresi yığınına yetecek miktarda üretilebiliyor. Ancak teknolojinin ticari bir ürüne dönüşmesi için endüstriyel ölçekte ekonomik üretim süreçlerinin kanıtlanması ve uzun vadeli güvenilirlik testlerinin tamamlanması gerekiyor. Ekip, bir sonraki aşamada farklı kullanım senaryoları için yüksek performanslı yığınlar geliştirmeyi ve üretim süreçlerini ölçeklendirmeyi hedefliyor.
