Ера чистих енергетичних рішень невпинно наближається, а разом з нею і пошук дедалі досконаліших технологій. Одним із таких перспективних напрямків є використання твердооксидних паливних елементів (ТОПЕ), що обіцяють значно розширити діапазон роботи електромобілів та забезпечити автономне живлення стаціонарних генераторів з мінімальним впливом на довкілля. Ці елементи здатні виробляти електроенергію з різних видів палива, проте їх широкому впровадженню досі заважала одна суттєва перешкода: для ефективної роботи ТОПЕ вимагали надзвичайно високих температур.
Проте, завдяки спільним зусиллям видатних науковців з Південної Кореї та Японії, зроблено значний крок до подолання цієї проблеми. Дослідницька команда розробила абсолютно новий кристалічний матеріал, який має унікальну здатність за потребою вивільняти та поглинати кисень, немовби “дихаючи”. Це революційне відкриття уможливлює значно ефективніше виробництво електроенергії з водню — екологічно чистого палива, що при згоранні утворює лише воду, — з мінімальними викидами, при цьому матеріал демонструє виняткову стійкість до багаторазового використання без втрати своїх властивостей.
Твердооксидні паливні елементи (ТОПЕ) – це електрохімічні пристрої, які безпосередньо перетворюють хімічну енергію палива (наприклад, водню або природного газу) на електричну енергію та тепло. Вони вважаються особливо перспективними завдяки високій ефективності та низькому рівню викидів. Водень є найпоширенішим хімічним елементом у Всесвіті та вважається одним з найбільш перспективних видів палива майбутнього, оскільки його використання не супроводжується шкідливими викидами вуглекислого газу, що робить його важливим елементом у боротьбі зі зміною клімату.
Унікальні властивості нового кристала
Цей дивовижний кристал насправді є оксидом металів, до складу якого входять стронцій, залізо та кобальт. *Стронцій* — це лужноземельний метал, що знаходить застосування в піротехніці та виробництві феритів. *Залізо* – один із найпоширеніших металів на Землі, основа багатьох сплавів, зокрема сталі. *Кобальт* – перехідний метал, що використовується у виробництві надсплавів, магнітів та акумуляторів. Завдяки особливій структурі, нагріваючи його до відносно невисокої температури, близько 400 °C (752 °F), можна змусити його вивільняти кисень саме тоді, коли це необхідно. Це значно спрощує технологічні процеси, які раніше вимагали значно вищих температур для контролю за киснем, а також замінює інші матеріали, що використовувалися для цього, але були занадто крихкими для довготривалого та багаторазового використання.
Професор Хіромічі Ота з Університету Хоккайдо, що входить до числа найстаріших та найпрестижніших університетів Японії, співавтор наукової статті про цю технологію, яка з’явилася минулого тижня у поважному виданні Nature Communications. Nature Communications є одним з найвпливовіших міждисциплінарних наукових журналів, що публікує високоякісні дослідження з усіх галузей природничих наук. Він наголосив: “Це є визначним кроком до втілення в життя ‘розумних’ матеріалів, здатних самостійно адаптуватися в реальному часі”. За його словами, потенційне застосування цієї розробки надзвичайно широке: від чистої енергетики до електроніки і навіть екологічно безпечних будівельних матеріалів.
Перспективи застосування
Крім революції у сфері паливних елементів, новий матеріал має потенціал для використання у невеликих пристроях, відомих як термічні транзистори, які ефективно контролюють передачу тепла в електроніці. Більше того, він може стати основою для “розумних” вікон, здатних регулювати теплообмін для підтримання оптимальної температури всередині приміщень, що зробить їх більш енергоефективними. Участь Південної Кореї, країни, відомої своїми передовими технологічними досягненнями, зокрема завдяки таким навчальним закладам як Національний університет Пусана, що є одним з лідерів у наукових дослідженнях та інноваціях, а також Японії, світового лідера у галузі науки та інженерії, підкреслює глобальне значення цього відкриття.
