ABŞ-da məlumat mərkəzlərinin sürətlə genişlənməsi ölkənin elektrik təchizatına artan təzyiq göstərir. Bu qurğular təkcə hesablama avadanlıqlarını işlətmək üçün deyil, həm də onu sərin saxlamaq üçün çoxlu miqdarda enerji tələb edir. Elektrik Enerjisi Tədqiqat İnstitutunun hesablamalarına görə, məlumat mərkəzləri 2030-cu ilə qədər ABŞ-ın illik elektrik enerjisi istehsalının 9%-ni təşkil edə bilər, halbuki 2023-cü ildə bu rəqəm ümumi elektrik enerjisi tələbatının 4%-ni təşkil edirdi.

Tədqiqatçılar hazırda bu gərginliyin bir hissəsini azaltmağın yollarını araşdırırlar. Sent-Luisdəki Vaşinqton Universitetinin MakKelvi Mühəndislik Məktəbinin Elvera və Uilyam R. Stukenberq professoru Qanq Vunun rəhbərlik etdiyi bir qrup, aşağı temperaturlu yanacaq elementlərini təkmilləşdirə və alternativ elektrik mənbəyi kimi istifadəsini genişləndirə biləcək bir yanaşma hazırlayıb.

Tədqiqat qrupuna həmçinin Brukhaven Milli Laboratoriyası, Lorens Berkli Milli Laboratoriyası, Şimal-Şərq Universiteti və Pitsburq Universitetinin alimləri daxil idi. Onların tapıntıları 6 avqust 2026-cı ildə Nature Nanotechnology jurnalında dərc edilmişdir .

Vu bildirib ki, “Əgər məlumat mərkəzi öz elektrik enerjisini yanacaq elementi vasitəsilə özü təmin edə bilirsə, o, hidrogen və digər yanacaqları birbaşa elektrik enerjisinə çevirərək enerji şəbəkəsinə düşən yükü azaldacaq”.

Yanacaq elementlərini daha səmərəli və davamlı etmək

Yanacaq elementləri hidrogen və oksigeni birləşdirərək elektrik enerjisi istehsal edir. Bu proses həmçinin su və istilik yaradır. Katalizatorlar enerji itkisini məhdudlaşdırmaqla yanaşı, daha güclü performansı və daha uzun istismar müddətini dəstəkləyərək bu reaksiyanı sürətləndirməyə kömək edir.

Düzgün katalizatorun dizaynı böyük bir çətinlik olaraq qalır. Mövcud yanacaq elementi katalizatorları hələ də vacib performans məqsədlərinə çatmaq üçün lazım olan aktivlik və davamlılığın kombinasiyasını təmin etməkdə çətinlik çəkir.

Platin ən təsirli katalizator materiallarından biri hesab olunur, lakin eyni zamanda qiymətli bir metaldır. Buna görə də tədqiqatçılar enerji çevrilməsi və saxlanması zamanı katalizatorun effektivliyini azaltmadan mümkün qədər az platin istifadə etmək istəyirlər.

Az miqdarda platini daha da uzatmağın bir yolu onu nanopartiküllərə çevirməkdir. Həcmli platini son dərəcə kiçik hissəciklərə parçalamaq kimyəvi reaksiyalar üçün məruz qalan səthin miqdarını kəskin şəkildə artırır. Bu, metalın çox az miqdarda, adətən kvadrat santimetr üçün dörddə bir milliqramdan az istifadəsini mümkün edir.

Problem ondadır ki, platin nanohissəcikləri yanacaq elementlərinin işləməsi zamanı dəyişə bilər. Onlar əriyə, fərqli yerlərə köçə və böyüyə bilər ki, bu da performansın tədricən azalmasına səbəb olur.

Uzunmüddətli Platinum Catalyst Çətinliyi

Son zamanlarda platin intermetallik katalizatorları ənənəvi platin ərintilərinə perspektivli alternativ kimi ortaya çıxmışdır, çünki onlar daha yaxşı aktivlik və stabillik təklif edə bilərlər.

Lakin onların istehsalı başqa bir çətin kompromis tələb edir. Nanopartikulları kiçik, bərabər paylanmış və platindən səmərəli istifadə etmək üçün tədqiqatçılar ümumiyyətlə materialları 700°C-dən aşağı temperaturda tavlayırlar. Bu temperaturlar çox vaxt nizamsız atom düzülüşündən yüksək nizamlı bir düzülüşə keçidi tam olaraq tetiklemek üçün çox aşağı olur ki, bu da intermetallik katalizatorların həm aktivliyini, həm də davamlılığını maksimum dərəcədə artırmaq üçün vacibdir.

Vu və həmkarları bu məhdudiyyəti aradan qaldırmaq üçün hazırlanmış yeni bir karbon quruluşu hazırladılar. Material, əhəmiyyətli bir məsamə sahəsi və səth sahəsi ilə yanaşı, nizamlı radial nanokanalları ehtiva edən məsaməli, içi boş karbon kürələrindən ibarətdir.

Bu struktur çox sayda platin kobalt intermetal nanopartikullarının sıx şəkildə yığılmış, lakin bərabər paylanmış vəziyyətdə qalmasına imkan verir. Bu, həmçinin nanopartikulların bir-birinə yığılmasına səbəb olmadan daha yüksək temperaturda istənilən nizamlı intermetallik strukturun əmələ gəlməsinə imkan verir.

Bu yolla, tədqiqatçılar yüksək nizamlı atom quruluşuna nail olmaq və çox kiçik katalizator hissəciklərinin bərabər paylanmasını qorumaq arasındakı çətin bir güzəşti həll edə bildilər.

Vu bildirib ki, “Strategiyamız bu yeni karbon nanostrukturundan istifadə edərək qiymətli metal tərkibini azalda və aktivliyi və sabitliyi artıra bilən platin kobalt intermetallik nanopartikullarını sintez etməkdir. Ənənəvi olaraq, ölçü və sabitlik arasında güzəşt olardı, lakin nizamlı karbon nanokanal sahibi ilə platin kobalt nanopartikulları məhdudlaşa və hətta yüksək temperaturda belə çox kiçik hissəcik ölçüsündə sabit qala bilər.”

Kiçik Karbon Kanalları Platinin Daha Uzunömürlü Olmasına Kömək Edir

Daha böyük katalizator hissəcikləri stabilliyi artıra bilər, lakin bu, çox vaxt aktivliyin hesabına baş verir. Aktivliyə üstünlük verən digər yanaşmalar uzunmüddətli sabitliyi qurban verə bilər.

Vunun komandası hər ikisinə nail olmaq üçün radial naxışda düzülmüş kiçik kanalları olan nanostrukturlu karbon dəstəyi yaratmağa çalışdı. Tədqiqatçılar həmçinin məsamələrin ölçüsünü və həcmini diqqətlə idarə etdilər.

Sınaqlar zamanı material 150.000 ağır gərginlik dövründən sonra performansının 85%-ni qoruyub saxlayıb. Tədqiqatçılar bunun təxminən 25.000 saatlıq işləmə müddətinə uyğun gələ biləcəyini təxmin edirlər. Daha böyük məsamələr, diqqətlə təşkil olunmuş məsamə ölçüləri və yüksək səth sahəsinin kombinasiyası katalizatorun aktivlik və sabitlik arasındakı adi güzəşti dəf etməsinə kömək edib.

Vu bildirib ki, “Bu xüsusi karbon nanostrukturlu dayaq sayəsində platin-kobalt katalizatorunu 1000°C-yə qədər qızdıra bildik ki, bu da çox nizamlı bir quruluş yaratmaq üçün kifayətdir, eyni zamanda nanopartikulları 5 nanometrdən kiçik və yaxşı yayılmış vəziyyətdə saxlayır, hətta sənayedə üstünlük verilən katalizatorlarda platinin yüksək miqdarı olsa belə”.

Katalizatorun bu qədər yüksək temperatura qədər qızdırılması onun atomlarının daha güclü performans üçün lazım olan nizamlı strukturu yaratmasına imkan verdi. Eyni zamanda, karbon dəstəyi platin kobalt nanopartikullarını 5 nanometrdən kiçik saxladı və onların qeyri-bərabər paylanmasının qarşısını aldı.

Daha Yaxşı Yanacaq Hüceyrələri Gücünə Doğru Potensial Yol

Karbon dəstəyinin arxitekturası nanopartikulları sabitləşdirməkdən əlavə əlavə üstünlüklər təqdim edir. Onun açıq kanalları ionların daşınmasında iştirak edən materialların elektrod vasitəsilə daha bərabər yayılmasına kömək edir. Onlar həmçinin protonların, oksigenin və suyun hərəkət etməsi üçün daha asan yollar təmin edir.

Vu sözünə davam edərək bildirib ki, “Açıq kanal quruluşu həmçinin ion tərkibli materialın, məsələn, ionomerin bərabər yayılmasına kömək edir və protonların, oksigenin və suyun elektroddan keçməsini asanlaşdırır”. “Nəticədə, bu dayaqda quraşdırılmış platin kobalt nanopartikülləri sinifində ən yaxşı performans və uzunmüddətli davamlılıq göstərib. Nəticə etibarilə, sənaye tərəfdaşları ilə daha da inkişaf və əməkdaşlıq yolu ilə qalan katalizator problemlərini həll edə və gələcəyimizi daha səmərəli və davamlı şəkildə enerji ilə təmin etmək üçün yanacaq hüceyrəsi texnologiyalarını əhəmiyyətli dərəcədə inkişaf etdirə biləcəyik.”

Əgər sonrakı inkişaf uğurlu olarsa, texnologiya nəqliyyatdan elektrik enerjisi istehsalına qədər müxtəlif tətbiqlər üçün yanacaq elementlərinin təkmilləşdirilməsinə kömək edə bilər. Xüsusilə məlumat mərkəzləri üçün yanacaq elementləri birbaşa hidrogendən və ya digər yanacaqlardan elektrik enerjisi istehsal etmək üçün bir yol təqdim edə bilər və bu da elektrik şəbəkəsinə artan tələbatın bir hissəsini azalda bilər.

Wu, WashU Texnologiya İdarəetmə Ofisi vasitəsilə texnologiya üçün patent ərizəsi təqdim edib.

Tədqiqat Sent-Luisdəki Vaşinqton Universiteti tərəfindən maliyyələşdirilib. Əməkdaşlıq edən qurumlara Brukhaven Milli Laboratoriyası, Lorens Berkli Milli Laboratoriyası, Şimal-Şərq Universiteti və Pitsburq Universiteti daxildir.