Рост энергопотребления дата-центров и поиск альтернативных решений

В последние годы в США наблюдается значительное увеличение числа дата-центров, что приводит к росту нагрузки на национальную энергосистему. Для функционирования вычислительного оборудования и его охлаждения такие объекты требуют больших объемов электроэнергии. По прогнозам Electric Power Research Institute, к 2030 году дата-центры могут потреблять до 9% всей ежегодной выработки электроэнергии в стране, что почти вдвое превышает показатель 2023 года (4%).

Разработка новых катализаторов для топливных элементов

Для снижения нагрузки на энергосистему ведутся исследования по внедрению топливных элементов в качестве альтернативных источников энергии. Одна из исследовательских групп, включающая специалистов из различных университетов и национальных лабораторий, предложила способ повышения эффективности низкотемпературных топливных элементов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Nanotechnology 6 августа 2026 года.

Топливные элементы вырабатывают электричество за счет реакции водорода и кислорода, в результате которой образуются вода и тепло. Для ускорения этой реакции и повышения эффективности применяются катализаторы, которые также влияют на срок службы устройств. Однако существующие катализаторы пока не обеспечивают необходимого сочетания активности и долговечности для промышленного применения.

Использование платины и проблемы эффективности

Платина считается одним из наиболее эффективных катализаторов, однако из-за высокой стоимости исследователи стремятся минимизировать ее использование без потери эффективности. Один из подходов — преобразование платины в наночастицы, что увеличивает площадь поверхности для химических реакций и позволяет использовать меньше металла (обычно менее четверти миллиграмма на квадратный сантиметр).

Однако платиновые наночастицы склонны к изменению размеров и растворению в процессе эксплуатации, что приводит к снижению производительности топливных элементов.

Перспективы интерметаллических катализаторов

В последнее время внимание уделяется интерметаллическим катализаторам на основе платины, которые могут обеспечивать лучшую активность и стабильность по сравнению с обычными сплавами. Тем не менее, их производство требует компромисса между размером частиц и степенью их упорядоченности. Для получения высокоупорядоченной структуры обычно необходим отжиг при температурах ниже 700°C, что не всегда достаточно для достижения оптимальных свойств.

Новая углеродная наноструктура для стабилизации катализаторов

Исследователи разработали новую пористую углеродную структуру с радиальными наноканалами, которая позволяет равномерно распределять интерметаллические наночастицы платины и кобальта. Такая архитектура обеспечивает плотную упаковку частиц без их слипания даже при высоких температурах, что способствует формированию желаемой упорядоченной структуры.

В испытаниях материал сохранил 85% своей производительности после 150 000 циклов напряжения, что эквивалентно примерно 25 000 часам работы. Сочетание крупных пор, контролируемых размеров и большой площади поверхности позволило преодолеть традиционный компромисс между активностью и стабильностью катализатора.

Преимущества новой структуры и перспективы применения

Открытые каналы в углеродном носителе способствуют равномерному распределению материалов, участвующих в транспортировке ионов по всему электроду, а также облегчают движение протонов, кислорода и воды. В результате наночастицы платины и кобальта, встроенные в этот носитель, демонстрируют высокую производительность и долговечность.

В случае успешного дальнейшего развития технология может быть использована для повышения эффективности топливных элементов в различных сферах — от транспорта до производства электроэнергии. Для дата-центров такие топливные элементы могут стать способом непосредственного получения электричества из водорода или других видов топлива, что потенциально снизит нагрузку на электросети.