Исследователи из Национальной лаборатории Айдахо разработали новый электродный материал для электрохимической ячейки, которая использует избыточную электроэнергию для эффективного производства водорода из воды. Когда спрос на электроэнергию увеличивается, электрохимическая ячейка начинает работать в обратную сторону и превращать водород в электроэнергию.

О своей разработке ученые рассказали в журнале Nature Communications.

Многие альтернативные источники энергии, такие как солнечные панели и ветряные электростанции, могут производить достаточно электроэнергии, чтобы питать небольшие поселения и даже города. Однако у них есть существенная проблема, связанная с непостоянством поступления энергии. Ведь Солнце светит не 24 часа в сутки, а скорость ветра может ощутимо меняться день ото дня. Поэтому для таких электростанций необходимы большие массивы устройств, сохраняющих электроэнергию.

Хранение электрической энергии в традиционных аккумуляторах сталкивается с множеством проблем, одна из которых — существенные потери в виде тепла, поступающего в окружающую среду, а вторая — небольшая плотность хранения, из-за чего даже при небольшой электростанции приходится строить огромный массив аккумуляторных батарей, сравнимый по стоимости с энергоустановками.

Американские исследователи теперь предложили альтернативное решение этой проблемы. Они создали устройство, сохраняющее электроэнергию благодаря использованию водорода — самой легкой молекулы во Вселенной.

Чтобы сделать это, ученые усовершенствовали один из типов электрохимической ячейки — протонную керамическую электрохимическую ячейку (PCEC).

Ранее такие устройства считались не очень перспективными, так как их рабочая температура была около 800 °C. Такие высокие температуры требуют дорогостоящих материалов и приводят к их более быстрой деградации, что делает стоимость электрохимических элементов непомерно высокой. Авторы новой работы разработали новый материал для электродов такой ячейки. Он представляет собой перовскит состава PrNi_0.5Co_0.5O_3-δ. Этот проводник одновременно облегчает процессы расщепления воды и восстановления кислорода. В отличие от большинства материалов электрохимических ячеек, это соединение позволяет преобразовывать водород и кислород в электроэнергию без необходимости притока водорода извне.

При создании новой ячейки ученые создали электрод в виде сетчатой структуры с большой площадью поверхности, что повысило эффективность производства водорода и обратного процесса — превращения этого газа в воду с помощью реакции с кислородом. Применение нового материала и изменение формы электрода позволило уменьшить рабочую температуру электрохимического элемента до интервала от 400 до 600 °C. Теперь исследователи надеются усовершенствовать свое устройство, чтобы можно было вывести его на промышленный уровень.