Нов евтин катализатор за водородни горивни клетки

Най-добрият катализатор за водородните горивни клетки e платината, но тя има най-малко два основни недостатъка: скъпа е и деградира с течение на времето. Химиците от университета Brown са създали евтин катализатор с по-дълъг живот, като използват графен, кобалт и кобалтов окис – това е най-добрият неплатинов катализатор до момента. Докладът е публикуван в международното издание на Angewandte Chemie.

Shouheng Sun от Brown University и неговите студенти са създали графенов лист, покрит с наночастици от кобалт и кобалтов окис, който катализира редукцията на кислорода по същия начин като платината, но в същото време може да се използва много по-дълго време.

Редукцията на кислорода се извършва на катода на водородната горивна клетка. Кислородът действа като електронна „фуния“, като „изсмуква“ електроните от водородното гориво. Реакцията изисква катализатор и досега най-подходящият беше платината. Поради високата и цена водородните горивни клетки не можеха да се наложат за масова употреба, а се използват само в някои специални случаи.

Новият графеново-кобалтов материал е най-обещаващият кандидат до момента за заместител на платината. Той е първият, който не е направен от благороден метал, но същевременно има същите свойства.
Лабораторните тестове показват, че новият катализатор е малко по-бавен при стартиране на процеса на редукция на кислорода, но след като вече реакцията е започнала, новият материал е по-бърз от платината.

Кобалтът е често срещащ се метал, а цената му е пъти по-ниска от тази на платината. Графенът е въглероден лист с дебелина от 1 атом, като въглеродните атоми са подредени в решетка с формата на пчелна пита. Той е обект на активни разработки в последните години заради своята здравина, електрични свойства и каталитичен потенциал.

Sun и неговият екип използват метод на самоасемблиране, който им дава повече контрол върху характеристиките на материала. Първо, те дисперсират кобалтови наночастици и графен в различни разтвори. След това двата разтвора се смесват и се обработват със звукови вълни, за да се гарантира равномерно и пълно смесване. При това наночастиците се прикрепват равномерно към графена, като образуват един единствен слой, с което се гарантира използването на максималния потенциал на всяка частица в реакцията.

След това материала се извлича от разтвора чрез центрофугиране и се изсушава. Когато се изложи на действието на въздуха, атомите кобалт във въшния слой на наночастиците се окисляват и образуват „черупка“ от кобалтов окис, който предпазва кобалтовата сърцевина.

Дебелината на обвивката от кобалтов оксид може да бъде контролирана, като се прилага нагряване до 70 градуса по Целзий за различно време. Колгото по-дълът е периодът на нагряване, толкова по-голяма е дебелината на обвивката от кобалтов оксид. Експериментите са показали, че оптимална дебелина на обвивката от гледна точка на каталитичните свойства е 1 нанометър.

Според Sun разработването на подходящи неплатинови катализатори за горивните клетки е начинът те да излезат от лабораториите и да се използват широко като източник на енергия. За техния обещаващ материал обаче са нужни още изследвания в лабораторни условия, преди да е готов за практическо използване.

По материали от: news.brown.edu

Прочети цялата новина //feedproxy.google.com/~r/Greentech-bg/~3/pyaAnQekm94/

Свързани новини: