Используя смесь из золота, меди и наночастиц платины, «IBN» исследователи разработали более мощный и более прочный материал для топливного элемента. Совсем недавно этот прорыв был опубликован в журнале «Energy and Environmental Science», сообщает «SciencePlanet.ru».
Топливные элементы являются перспективной технологией и используются в качестве источника электроэнергии для электронных устройств, транспортных средств, военной авиации и оборудования. Топливный элемент преобразует химическую энергию из водорода (топливо) в электричество, посредством химической реакции с кислородом. Топливный элемент может производить электроэнергию непрерывно, пока имеется подача топлива.
Новые коммерчески доступные топливные элементы используют наночастицы платины в качестве катализатора для ускорения химических реакций, поскольку платина является единственным металлом, который может противостоять очень «кислым условиям» внутри такой клетки. Тем не менее, широкому использованию топливных элементов препятствовала высокая стоимость платины и её низкая стабильность.
Чтобы преодолеть это ограничение, команда исследователей во главе с исполнительным директором «IBN», профессором Джеки Ю. Ин обнаружила, что при замене центральной части катализатора, состоящей из сплавов золота и меди и оставив только внешний слой из платины, новый гибридный материал может обеспечить более высокой активностью (в 5 раз) и значительно большей стабильностью, чем коммерчески доступные платиновые катализаторы. Учёные заверяют, что при дальнейшей оптимизации можно будет ещё больше увеличить каталитические свойства материала.
Новый нанокомпозитный материал «IBN» может производить не менее 0,571 ампер электрического тока на миллиграмм платины, по сравнению с 0,109 ампер на миллиграмм платины для коммерчески доступных платиновых катализаторов. Это первый случай, когда катализатор повысил стабильность и активность в реакции топливного элемента со значительным снижением содержания платины.
Чтобы сделать этот катализатор более активным, чем коммерчески доступные платиновые катализаторы, исследователи разработали ядро нанокристаллического материала, так как сплав из золота и меди имеет немного меньшую кристаллическую решётку, чем платиновое покрытие на нанокристаллической поверхности. Это создаёт деформацию сжатия на поверхностных атомах платины, делая платину более активной при ограничивающей стадии восстановления кислородной реакции на топливных элементах. Далее, заменив ядро наночастицы на менее дорогой сплав из золота и меди, учёные сократили использование платины, очень дорогого и благородного металла.
Профессор Ин сказал: «Ключевым направлением исследований в «IBN» является развитие природосберегающей возобновляемой энергии, которая может привести к повышенной эффективности и экологической устойчивости. Более активная и менее дорогостоящая, чем обычные платиновые катализаторы, наша новая нанокомпозитная система позволила нам значительно продвинуть развитие топливных элементов и сделать технологию для промышленного применения более практичной».
Источник: scienceplanet.ru
