Водородные топливные элементы с турбонаддувом повышенной мощности – решительный шаг в направлении электрической авиации

Новая протообменная мембрана BASF увеличивает мощность водородных топливных элементов HyPoint на 50%

Немецкая компания BASF и разработчик водородных топливных элементов фирма HyPoint совместно работают над новой протонообменной мембраной, которая, как ожидается, увеличит мощность топливных элементов на 50%. HyPoint

BASF – в прошлом известна многим, как производитель аудиокассет. На самом деле BASF - немецкий транснациональный производитель химикатов, который существует с 1865 года. BASF 156 лет производит широкий спектр  различных видов химикатов таких как: красители, сода, серная кислота, аммиак, пластмассы, уретаны, стиролы, взрывчатые вещества и многое другое. Компания была членом конгломерата IG Farben, который с одной стороны представил в 1935 году первый в мире магнитофон, а с другой поставлял в нацистские лагеря смерти газ Zyklon-B и производил химическое оружие.

Сегодня  BASF - это огромная компания, в которой работает около 120 000 человек, а объем продаж составляет около 70 миллиардов долларов США в год. 

Компания BASF уже около 15 лет занимается производством  протонопроводящих мембран под торговой маркой Celtec. Протонообменные мембраны, являются ключевым компонентом водородных топливных элементов.

Принцип работы протонообменной мембраны примерно такой: на аноде молекула водорода с помощью платинового катализатора расщепляется на ионы водорода (протоны) и электроны. Ионы водорода проникают через мембрану к катоду, в то время как электроны проходят через внешнюю цепь и вырабатывают электроэнергию. Кислород, обычно в виде воздуха, подается на катод и соединяясь с электронами и ионами водорода образует воду.

Недавно компания BASF разработала новую мембрану, способную работать при более высоких температурах и давлениях, чем нынешние  и имеющую более высокие механическиесвойства.  HyPoint, со своей стороны, разрабатало уникальный топливный элемент с турбонаддувом и воздушным охлаждением, который отличается от традиционных конструкций именно тем, что в нем используются более высокие температуры и давление, чтобы увеличить поток протонов через мембрану, производя больше энергии.

По словам HyPoint, при заданной выходной мощности их ТЭ намного легче, чем аналогичные топливные элементы на рынке, отчасти потому, что не требуют какого-либо охлаждающего оборудования. Это делает его ТЭ особенно привлекательным для использования в самолетах с нулевым уровнем выбросов СО2. По заявлению компании, его ресурс будет в четыре раза больше ресурса конкурентов и он будет иметь важное преимущество – возможность работать с водородом более низкой чистоты, который имеет меньшую стоимость.

Две компании объединились для тестирования и разработки новой мембраны BASF, и они ожидают обнадеживающих результатов. «Новая высокоэффективная система топливных элементов, - говорится в пресс-релизе, - должна достичь удельной мощности более 3000 Вт/кг, что как минимум на 50% больше, чем у нынешних мембан». Традиционные топливные элементы, как сообщает HyPoint, обычно имеют удельную мощность порядка 150-800 Вт/кг. Новые мембраны смогут сделать топливные элементы HyPoint еще более устойчивыми к примесям в водородном топливе.

Компании заявляют, что топливный элемент будет протестирован и станет доступен клиентам к середине 2024 года. В электрической авиации, где вес имеет решающее значение, а каждый сэкономленный кг - это возможность для самолета улететь дальше и увезти больше, такой проект оптимизации является важным достижением в этой области.

Технология водородных топливных элементов имеет решающее значение в переходе к нулевым выбросам углерода к 2050 году. В настоящее время это единственный жизнеспособный вариант для электрических полетов на средние расстояния, поскольку батареи настолько тяжелы, что подходят только для гораздо более коротких полетов. 

На видео ниже представлен краткий обзор от BASF о том, как работают топливные элементы с протонообменной мембраной.