Brændselsceller får et løft

Brændstofceller, enheder, der kan producere elektricitet fra brint eller andre brændstoffer uden at brænde dem, betragtes som en lovende ny måde at drive alt fra hjem og biler til bærbare enheder som mobiltelefoner og bærbare computere. Deres store fordel - udsigten til at eliminere emissioner af drivhusgasser og andre forurenende stoffer - er blevet opvejet af deres meget høje omkostninger, og forskere har forsøgt at finde måder at gøre enhederne billigere.

Nu, et MIT-hold ledet af lektor i maskinteknik og materialevidenskab og teknik Yang Shao-Horn har fundet en metode, der lover dramatisk at øge effektiviteten af ​​elektroderne i én type brændselscelle, som bruger methanol i stedet for brint som brændstof og anses for lovende som erstatning for batterier i bærbare elektroniske enheder. Da disse elektroder er lavet af platin, at øge deres effektivitet betyder, at meget mindre af det dyre metal er nødvendigt for at producere en given mængde strøm.

Nøglen til øget effektivitet, holdet fandt, er at ændre materialets overfladetekstur. Ved at skabe små trappetrin til overfladen i stedet for at efterlade den glat, elektrodens evne til at katalysere oxidation af brændstoffet og dermed producere elektrisk strøm blev omtrent fordoblet i eksperimenter, og forskerne mener, at yderligere udvikling af disse overfladestrukturer kan ende med at producere langt større stigninger, giver mere elektrisk strøm for en given mængde platin.

Deres resultater er rapporteret 13. oktober i Journal of the American Chemical Society . Artiklens otte forfattere omfatter kemiingeniørstuderende Seung Woo Lee og maskiningeniør postdoc-forsker Shuo Chen, sammen med Shao-Horn og andre forskere ved MIT, Japans Institut for Videnskab og Teknologi, og Brookhaven National Laboratory.

"Et af vores forskningsfokus er at udvikle aktive og stabile katalysatorer, "Shao-Horn siger, og dette nye arbejde er et vigtigt skridt i retning af "at finde ud af, hvordan overfladen atomare struktur kan øge aktiviteten af ​​katalysatoren" i direkte methanol brændselsceller.

Løsning af en kontrovers

I deres eksperimenter, holdet brugte platinnanopartikler aflejret på overfladen af ​​flervæggede kulstofnanorør. Lee siger, at mange mennesker har eksperimenteret med brugen af ​​platinnanopartikler til brændselsceller, men resultaterne af partikelstørrelseseffekten på aktiviteten har hidtil været modstridende og kontroversielle. "Nogle mennesker ser aktiviteten stige, nogle mennesker ser et fald" i aktiviteten, når partikelstørrelsen falder. "Der har været en kontrovers om, hvordan størrelsen påvirker aktiviteten."

Det nye arbejde viser, at nøglefaktoren ikke er størrelsen af ​​partiklerne, men detaljerne i deres overfladestruktur. "Vi viser detaljerne i overfladetrin præsenteret på nanopartikler, og relatere mængden af ​​overfladetrin til aktiviteten." siger Chen. Ved at producere en overflade med flere trin på, holdet fordoblede elektrodens aktivitet, og teammedlemmerne arbejder nu på at skabe overflader med endnu flere trin for at forsøge at øge aktiviteten yderligere. Teoretisk set, de siger, det skal være muligt at øge aktiviteten i størrelsesordener.

Shao-Horn foreslår, at nøglefaktoren er tilføjelsen af ​​kanterne af trinene, som synes at give et sted, hvor det er lettere for atomer at danne nye bindinger. Tilføjelsen af ​​trin skaber flere af disse aktive websteder. Ud over, holdet har vist, at trinstrukturerne er stabile nok til at blive vedligeholdt over hundredvis af cyklusser. Den stabilitet er nøglen til at kunne udvikle praktiske og effektive direkte methanol-brændselsceller.

Teammedlemmer håber også at forstå, om trinene forbedrer den anden del af processen, der finder sted i en brændselscelle. Denne undersøgelse så på forbedringen af ​​oxidation, men den anden side af en brændselscelle gennemgår iltreduktion. Forstærker tilføjelsen af ​​trin til overfladen også iltreduktionen? "Vi skal finde ud af, hvorfor det gør, eller hvorfor gør det ikke, " siger Shao-Horn. Forskerne forventer at få svar på det spørgsmål i løbet af de næste par måneder.

Leveret af Massachusetts Institute of Technology (nyheder:web)