Naturalny minerał w roli głównej
Podstawą nowego elektrolitu stał się powszechnie dostępny minerał ilasty – glinka montmorylonitowa. Naukowcom pod kierunkiem Kazuto Hatakeyamy i Shintaro Idy udało się przekształcić ten zwyczajny materiał w zaawansowany komponent dla ogniw paliwowych. Efekt ich pracy to elastyczny elektrolit stały, który radzi sobie w ekstremalnie zróżnicowanych warunkach temperaturowych. Kluczową zaletą jest tutaj zakres działania – od -10 do 140 stopni Celsjusza. Dla porównania, konwencjonalne ogniwa wymagają pracy w temperaturach przekraczających 500 stopni Celsjusza, co praktycznie uniemożliwiało ich użycie w samochodach czy przenośnej elektronice. Nowy materiał osiąga przy tym imponującą przewodność protonową, która rośnie wraz z temperaturą. Przy 140 stopniach Celsjusza sięga wartości 8,7×10^-3 S/cm.
To, co naprawdę wyróżnia japońskie rozwiązanie, to nie sama przewodność, lecz zdolność do efektywnego blokowania cząsteczek wodoru. Membrana z glinki radzi sobie z tym zadaniem ponad stokrotnie lepiej niż Nafion, który dotąd uznawany był za branżowy standard. Taka charakterystyka ma fundamentalne znaczenie dla bezpieczeństwa i trwałości ogniw, ograniczając straty energetyczne i wydłużając żywotność całego systemu. W testach praktycznych prototypowe ogniwo wygenerowało gęstość prądu na poziomie 1080 mA/cm², osiągając moc wyjściową 264 mW/cm² w 90 stopniach Celsjusza. Wyniki te są porównywalne z dostępnymi na rynku rozwiązaniami, choć teraz będzie trzeba to udowodnić w praktyce.
Ekonomiczny aspekt rewolucji
Bez wątpienia największym atutem technologii jest niski koszt surowca. Glinka montmorylonitowa należy do najpowszechniej występujących minerałów na Ziemi, a jej wydobycie i przetwarzanie są relatywnie tanie. To właśnie ta ekonomiczna przewaga może zadecydować o komercyjnym sukcesie.
Czytaj też: O jedną trzecią mniejsza instalacja przy tej samej mocy. Chińczycy prezentują ogniwa o rekordowej sprawności
To duży krok w kierunku zrównoważonych, wysokowydajnych ogniw paliwowych, które nie opierają się na drogich ani obciążających środowisko materiałach. […] Ponieważ surowiec – glinka montmorylonitowa – jest obfity i niedrogi, technologia ta ma realny potencjał dla skalowalnych, ekologicznych rozwiązań energetycznych – wyjaśnia Ida
Wyniki badań opublikowane w Journal of Materials Chemistry A. Wyzwaniem stojącym przed inżynierami pozostanie integracja z istniejącą infrastrukturą i zapewnienie niezawodności w długotrwałej eksploatacji. Patrząc realistycznie, japońskie osiągnięcie otwiera nowe możliwości szczególnie dla transportu w chłodnym klimacie. Pokazuje też, że przyszłość czystej energii może leżeć w tym, co od zawsze mieliśmy pod nogami.