Çinli bilim insanları hidrojen yakıt hücrelerinin güç çıkışını dört kat artıran bir yöntem geliştirdi. Bu ilerleme, teknolojinin yol araçlarının ötesinde uzay görevlerine kadar geniş kullanım alanı bulmasını sağlayabilir.
Hidrojen, düşük karbonlu bir gelecek için umut verici temiz bir enerji kaynağı olarak görülüyor. Yakıt hücreleri hidrojenin kimyasal enerjisini doğrudan elektriğe dönüştürüyor ve tek egzozu su.
Perşembe günü hakemli dergi Science’da yayımlanan çalışmada, Beijing Institute of Technology araştırmacıları hidrojenle çalışan birçok araçta kullanılan tip olan proton değişim membranlı yakıt hücrelerinde önemli bir ilerleme bildirdi.
BIT’te yardımcı doçent olan ve makalenin yazarlarından Li Jie, perşembe günü yaptığı açıklamada yeni teknolojiyle “yakıt hücresi aracının güç yığını daha küçük ve daha hafif yapılabilir, araç daha güçlü sürekli çıkış, daha uzun menzil elde edebilir” dedi.
PEMFC’ler nispeten düşük sıcaklıklarda çalışıyor, genellikle 60 ila 80 santigrat derece arasında, yani 140 ila 176 Fahrenheit. Hidrojen yakıtındaki enerjinin yaklaşık yüzde 50 ila 60’ını elektriğe dönüştürebiliyorlar.
Süreç basit: anot tarafında hidrojen molekülleri elektronlarını bırakıp protona dönüşüyor. Protonlar elektrolit membrana geçerken elektronlar dış devreden geçerek elektrik üretiyor. Katotta protonlar, elektronlar ve oksijen birleşerek suyu oluşturuyor.
Darboğaz, protonların katalizör tabakasından ne hızda hareket edebildiği. Yakıt hücresinde kimyasal reaksiyonların gerçekleştiği bu kısımda, Nafion gibi endüstri standardı malzemeler katalizörlerle karıştırıldığında nanometre ölçeğinde sıkı paket yapılar oluşturma eğiliminde. Bu durum proton taşınmasını yavaşlatıyor ve hücrenin verimini sınırlıyor.
Çinli ekip farklı bir yaklaşım benimsedi ve bir bayrak yarışı gibi çalışan yeni bir arayüz tasarladı.
Protonlar katalizör yüzeyine doğrudan gitmek yerine ara “ada”lar arasında sıçrıyor. Brønsted asit-Lewis bazı arayüzü olarak bilinen bu düzenleme proton hareketini büyük ölçüde hızlandırıyor.
Laboratuvar testleri yeni malzemenin proton difüzyonunu on kat artırdığını, proton iletkenliğini 6,5 kat iyileştirdiğini ve kimyasal reaksiyonun başlaması için protonların aşması gereken enerji bariyeri olan aktivasyon enerjisini yarıdan fazla azalttığını buldu.
Standart çalışma koşullarında yeni yakıt hücresi tasarımı geleneksel tasarımlara kıyasla dört kat daha fazla güç üretti. Hidrojen yakıt hücrelerinde yaygın olarak gereken pahalı değerli metal katalizör olan platin miktarını küçük tutarak 0,7 volt’ta santimetrekare başına 0,75 watt güç elde etti.
Platin kullanımına göre ölçüldüğünde cihaz gram platin başına 6,9 kilowatt güç üretti ve mevcut en iyi yakıt hücresi teknolojisini geride bıraktı. Yaşlanmayı hızlandıran tekrarlı şarj-deşarj döngüsü olan 30 bin çevrimlik hızlandırılmış stres testinden sonra, aynı çalışma koşullarında geleneksel sistemlerin sadece yüzde 30’unu korumasına karşılık başlangıç pik gücünün yüzde 63’ünü korudu.
Bu kompozit malzeme seri üretime çok uygun. “Laboratuvarda şu anda üç günde yaklaşık 100 gram üretebiliyorlar. Bu, 10 adet 100 kilowatt sınıfı yığın için yeterli” dedi Li Jie.
Araştırmacılar, iyileştirmelerin özellikle sıvı oksijen kullanan uzay görevleri gibi zorlu uygulamalarda değerli olabileceğini söyledi; burada yakıt hücresi verimi protonların cihaz içinden ne kadar etkili taşındığına büyük ölçüde bağlı.
“Teknolojimiz daha yüksek verim ve daha yüksek güç yoğunluğu ile daha küçük yığın hacmi içinde güç üretmeyi ele alıyor. Bu, havacılık enerji sistemlerinin ihtiyaç duyduğu şeyle örtüşüyor” dedi Li Jie.
Bu atılım, Çin’in hidrojen sektörünün genişlediği bir dönemde geldi. 2025 sonuna kadar ülkenin hidrojen üretim kapasitesi yılda 51 milyon tonu aştı ve elektroliz temelli yenilenebilir enerji destekli hidrojen projelerinin yüzde 53’ü Çin’de gerçekleşti.
China Electric Power News’in ağustos ayında verdiği bilgiye göre 2025’e kadar ülkede 130’dan fazla yakıt hücresi güç santrali işletmeye alındı ve toplam kurulu kapasite 30 megavatı aştı. Ülke genelinde 20’den fazla uzun mesafeli hidrojen boru hattı da planlanıyor.
Çin’in 2026 hükümet çalışma raporu hidrojeni ilk kez “yeni bir büyüme noktası” olarak adlandırdı. Yolcu yakıt hücresi araçları bataryalı elektrikli otomobillere kıyasla çok daha az yaygın olsa da resmi destek güçlü kalıyor.
Ülkenin 2025 sonu itibarıyla yollarda yaklaşık 32 bin yakıt hücresi aracı vardı. Mart 2026’da üç merkezi hükümet bakanlığı 2030’a kadar bu sayının 100 bine ulaşması hedefi koydu. Ayrıca hidrojen perakende fiyatının kilogram başına 30 yuan’ın üzerinde, yani yaklaşık 4 ABD dolarından 25 yuan’ın altına indirilmesi çağrısı yapıldı.
Bu, hidrojenle çalışan ağır kamyonların satın alma, yakıt ve bakım maliyetleri dahil yaşam döngüsü boyunca dizel modellerden daha ucuz hale geleceği nokta olarak görülüyor.
Yine de önemli engeller var. Araştırmacıların laboratuvarın dışında teknolojinin endüstriyel ölçekte üretilebileceğini, uygun maliyetli kalabileceğini ve uzun vadeli güvenlik ve güvenilirlik açısından doğrulanabileceğini göstermesi gerekecek.
“Yakıt hücresi araçları bataryalı elektrikli araçların kopyası olmak zorunda değil. Bataryalı elektrikli araçlar kısa yolculuklara uygun. Yakıt hücreleri ağır kamyonlar, uzun taşımacılık ve hızlı ikmal ve uzun menzil gerektiren durumlar için uygun” dedi Li Jie.
“Sonraki adımda ekip farklı senaryolar için yüksek performanslı yakıt hücresi yığınları inşa edip test edecek. İlgili malzemeleri ve teknolojiyi de ölçeklendirecek ve bunları gerçek ürünlere dönüştürecek” diye ekledi.