Ученые MIT нашли ключ к эффективным топливным элементам

Ученые из Массачусетского технологического института (MIT) открыли новый этап в развитии энергетических технологий, подробно изучив процесс передачи протонов, связанный с перемещением электронов на поверхности электрода. Это открытие может кардинально изменить подход к разработке более эффективных топливных элементов и электролизеров.

В центре исследования — химическая реакция, при которой движение протонов между поверхностью электрода и электролитом приводит к возникновению электрического тока. Основной акцент сделан на детальное изучение процессов, происходящих на границе электрод-электролит, что является ключевым шагом в многих энергетических технологиях, включая производство водорода и работу топливных элементов.

Используя специально разработанные электроды с органическими молекулами на поверхности графена, исследователи смогли точно измерить поток электрического тока и рассчитать скорость передачи протонов. Оказалось, что pH окружающего раствора оказывает значительное влияние на этот процесс, причем наибольшая скорость наблюдается как в крайне кислых (pH 0), так и в крайне щелочных (pH 14) условиях.

Ученые также выявили, что две возможные реакции — передача протонов от ионов гидроксония (H3O+) и от молекул воды — происходят с разной скоростью, причем в кислой среде процесс идет примерно в четыре раза быстрее. Эти результаты противоречат существующим моделям и предполагают необходимость пересмотра стандартных предположений о равенстве вкладов прямой и обратной реакций в общую скорость процесса.

Открытия, сделанные командой MIT, могут иметь далеко идущие последствия для разработки новых энергетических технологий, включая улучшение эффективности топливных элементов и электролизеров. В дальнейшем исследователи планируют изучить, как добавление различных ионов в электролитический раствор может ускорить или замедлить процесс передачи протонов и электронов.

Это исследование не только открывает новые горизонты для развития энергетических технологий, но и предлагает инновационный подход к изучению сложных химических процессов на границе раздела фаз, что может привести к созданию новых материалов и методик в самых разных областях науки.