Hidrojen yakıt hücresi inovasyonu, temiz ve uzun mesafeli taşımacılığın geleceği olarak pillerin yerini alabilir.

Hidrojen yakıt hücresi inovasyonu, temiz ve uzun mesafeli taşımacılığın geleceği olarak pillerin yerini alabilir.

Uzun mesafeli kamyonlar gibi ağır hizmet tipi araçlarda piller genellikle yetersiz kalır. Şarj olmaları çok uzun sürer ve çok ağırdırlar. Hidrojen yakıt hücreleri umut verici bir alternatif sunar. Hızlı bir şekilde yakıt ikmali yapılabilir ve yan ürün olarak yalnızca su buharı kullanarak temiz enerji sağlarlar. Ancak yakıt hücreleri büyük bir engelle karşı karşıyadır: çok hızlı yıpranırlar. Mühendislerin son zamanlardaki bir atılımı bunu değiştirebilir ve sürdürülebilir taşımacılığın geleceğini yeniden şekillendirebilir.

Uzun Ömürlü Bir Yakıt Hücresi Katalizörü

Yeni bir yakıt hücresi katalizörü, temiz enerjinin sınırlarını zorlayabilir. UCLA'dan bir grup araştırmacı tarafından geliştirilen bu malzeme, ağır hizmet tipi kamyonların zorlu koşullarına dayanıklıdır. Yüksek performansıyla bilinen platin kullanır, ancak bu kez en büyük sorunlardan biri olan dayanıklılık sorununu çözen akıllı bir tasarımla korunur.

Geçmişte, platin alaşımlı katalizörler yakıt hücrelerinin içindeki kimyasal reaksiyonları hızlandırmaya yardımcı oluyordu. Ancak zamanla, alaşım malzemeleri çözünüyor veya "sızıyordu". Bu yavaş bozulma sistemi zayıflatarak verimliliğini azalttı. Kamyon ve diğer büyük araçlara güç sağlamak için gereken yoğun voltaj döngüleri altında sorun daha da kötüleşti.

Bunu düzeltmek için araştırmacılar, saf platin parçacıklarının etrafına özel bir koruyucu yapı inşa ettiler. Bu ultra ince parçacıklar, minik grafen ceplerinin içinde yer alıyor. İnce bir petek şeklinde düzenlenmiş karbon atomlarından oluşan grafen, yalnızca bir atom kalınlığında. Ancak inanılmaz derecede güçlü, çok hafif ve elektriği neredeyse her şeyden daha iyi iletiyor.

Platini grafen kabuklarının içine yerleştirdikten sonra, ekip bunları Ketjenblack adı verilen gözenekli bir karbon malzemeye yerleştirdi. Bu kurulum, platinin hem korumalı hem de kimyasal reaksiyonlar için erişilebilir olduğu bir sistem oluşturuyor. Tasarım, yakıt hücresinin çalışma performansını iyileştiriyor ve çok uzun süre stabil kalmasını sağlıyor.

Baş araştırmacı Yu Huang, "Grafen bazlı bir koruma stratejisiyle sarılmış saf platin katalizör kullanıyoruz," dedi. "Bu, platin alaşımlarındaki sızıntı sorununu çözüyor ve zorlu uzun mesafe koşullarında bile katalizörü aktif tutuyor."

Gerçek Dünya Sonuçları Beklentileri Aştı

Yeni katalizör tasarımı, yakıt hücrelerinin karşılaştığı en zorlu testlerden birinden geçti. Araştırmacılar, tasarımı 90.000 kare dalga voltaj döngüsünden geçirdi; bu süreç, yıllarca süren zorlu sürüşü taklit ediyor. Bu stres testinden sonra bile, yakıt hücresi nominal gücünün yalnızca %1,1'ini kaybetti. Bu, özellikle %10'luk bir kaybın genellikle çok iyi kabul edildiği düşünüldüğünde, çok küçük bir düşüş.

Bu performans seviyesi, dikkate değer bir şeye işaret ediyor. Bu yakıt hücreleri 200.000 saatten fazla dayanabilir. Bu, ABD Enerji Bakanlığı'nın şu anda 30.000 saat olarak belirlenen ağır hizmet tipi yakıt hücreleri için 2050 hedefinden neredeyse yedi kat daha uzun.

Gerçek dünya açısından bu, kamyonların değiştirilmeden önce onlarca yıl hidrojen yakıt hücreleriyle çalışabileceği anlamına geliyor. Bu, nakliye şirketleri için oyunun kurallarını değiştirecek ve ulaşım emisyonlarını azaltma yolunda büyük bir adım.

Araştırmacılar ayrıca, yeni membran elektrot düzeneğinin santimetrekare başına 1,08 watt'lık bir tepe güç yoğunluğu sağladığını belirtti. Bu, bu boyuttaki bir sistem için oldukça yüksek bir çıkış gücü. Bu sayede yeni yakıt hücreleri, sekiz kata kadar daha ağır olabilen çok daha ağır pillerin performansına erişebiliyor. Büyük yük taşıyan ağır hizmet tipi araçlar için bu ağırlık farkı çok önemli.

Yakıt Hücreleri Neden Büyük Kamyonlar İçin Pillerden Daha İyi?

Orta ve ağır hizmet tipi kamyonlar, yollardaki tüm araçların yalnızca yaklaşık %5'ini oluşturuyor. Ancak araçlardan kaynaklanan sera gazı emisyonlarının yaklaşık %25'inden sorumlular. Daha fazla yakıt tüketiyorlar ve daha uzun mesafeler kat ediyorlar, bu da onları temiz enerji çözümleri için en önemli hedeflerden biri haline getiriyor.

Aküler emisyonları azaltmaya yardımcı olabilir, ancak sınırları vardır. Büyük bir elektrikli kamyonun uzun mesafeler kat edebilmesi için devasa bir aküye ihtiyacı vardır. Bu da daha fazla ağırlık ve dolayısıyla daha fazla enerji tüketimi anlamına gelir. Ayrıca, bu pillerin şarj edilmesi saatler sürer ve teslimat programlarını yavaşlatır.

Bu tür hikayeleri sever misiniz? GetThe Brighter Side of News bültenine katılın

Hidrojen yakıt hücreleri, bu araçlar için daha iyi bir seçenek sunuyor. Yakıt ikmali sadece birkaç dakika sürüyor; yani bir benzin deposunu doldurmak kadar hızlı. Daha hafif sistem, kamyonun daha fazla yük taşımasını, daha uzun süre seyahat etmesini ve kendi ağırlığını taşırken daha az enerji harcamasını sağlıyor.

En büyük zorluklardan biri, bir hidrojen yakıt ikmal ağı kurmaktı. Ancak uzmanlar, bunun ülke genelinde binlerce elektrikli şarj istasyonu kurmaktan daha kolay ve daha ucuz olabileceğini söylüyor.

Yakıt hücreleri ayrıca daha verimli çalışıyor. Yeni katalizör tasarımı, %71,9'luk bir maksimum enerji dönüşüm verimliliğine ulaştı. Bu, daha az yakıt israfı ve daha fazla gücün doğrudan araca gitmesi anlamına geliyor.

Geçmiş Projelerde Kanıtlanmış Başarı

Ekibin çalışmaları, önceki ilerlemeler üzerine kurulu. Aynı grup, daha önceki bir araştırmada, hafif hizmet araçları için 15.000 saat dayanan bir yakıt hücresi geliştirmişti. Bu sistem, Enerji Bakanlığı'nın küçük otomobiller ve kamyonetler için belirlediği 8.000 saatlik hedefi neredeyse ikiye katladı.

Bu önceki başarıdan alınan dersler, yeni tasarımın şekillenmesine yardımcı oldu. Bu sefer amaç açıktı: Kamyonlar, otobüsler ve diğer ağır ekipmanlar için yeterince dayanıklı bir yakıt hücresi üretmek.

Cevapları, grafen nano cep korumalı, gözeneklerle çevrili platin katalizörüyle geldi. Tasarım sadece dayanıklılığı artırmakla kalmıyor, bunu yakıt hücresinin performansını düşürmeden yapıyor.

Aslında, miligram platin başına 0,74 amperlik bir kütle aktivitesine ulaşıyor. Bu, katalizörün az miktarda malzemeden ne kadar elektrik akımı üretebileceğinin güçlü bir ölçüsü. Yüksek aktivite, yakıt hücresinin pahalı kaynakları israf etmeden verimli bir şekilde çalışmasını sağlıyor.

Daha Temiz Bir Geleceğe Bakış

Bu keşif, temiz ulaşım için bir dönüm noktası teşkil ediyor. Bir zamanlar niş kullanımlarla sınırlı olarak görülen hidrojen yakıt hücreleri, hızla büyük ölçekli ulaşım için ciddi bir rakip haline geliyor.

Uzun kullanım ömrü, hızlı yakıt ikmali ve hafifliğiyle yeni yakıt hücresi tasarımı, ağır hizmet tipi araçların ihtiyaçlarına mükemmel bir şekilde uyuyor. Büyüyen bir hidrojen yakıt ağıyla desteklenirse, ulaşım sektörünün en kirli kısımlarından birinin temizlenmesine yardımcı olabilir.

Profesör Huang ve ekibi, çalışmalarını daha sürdürülebilir bir dünyaya doğru atılmış bir adım olarak görüyor. Hidrojen yakıt hücrelerinin hem ömrünü hem de dayanıklılığını artırarak, malların ülke çapında nasıl taşındığı konusunda gerçek bir değişimin kapısını açtılar.

Katalizörleri hala test aşamasında olabilir, ancak sonuçlar şimdiden büyük bir şeye işaret ediyor: Temiz, uzun mesafeli taşımacılığın geleceği aslında pillere bağlı olmayabilir. Bunun yerine, kilometrelerce yol kat eden ve asla geri adım atmayan yakıt hücreleriyle çalışabilir.

Kaynak: The Bright Side of News