Elektrokatalysator nanostrukturer er nøglen til forbedrede brændselsceller, elektrolysatorer

Purdue University forskers simuleringer har afsløret mysteriet om en ny elektrokatalysator, der kan løse et betydeligt problem forbundet med brændselsceller og elektrolysatorer.

Brændstofceller, som bruger kemiske reaktioner til at producere energi, og elektrolysatorer, som omdanner energi til brint eller andre gasser, bruge elektrokatalysatorer til at fremme kemiske reaktioner. Elektrokatalysatorer, der kan aktivere sådanne reaktioner, har en tendens til at være ustabile, fordi de kan tære i de meget sure eller basiske vandopløsninger, der bruges i brændselsceller eller elektrolysatorer.

Et team ledet af Jeffrey Greeley, lektor i kemiteknik, har identificeret strukturen for en elektrokatalysator fremstillet af nikkel -nano -øer deponeret på platin, der er både aktiv og stabil. Dette design skabte egenskaber i nikkel, som Greeley sagde var uventede, men meget gavnlige.

"Reaktionerne førte til meget stabile strukturer, som vi ikke ville forudsige ved blot at se på nikkels egenskaber, "Sagde Greeley." Det viste sig at være en overraskelse. "

Greeleys team og samarbejdspartnere, der arbejder på Argonne National Laboratory, havde bemærket, at nikkel placeret på et platinsubstrat viste potentiale som en elektrokatalysator. Greeleys laboratorium gik derefter på arbejde for at finde ud af, hvordan en elektrokatalysator med denne sammensætning kunne være både aktiv og stabil.

Greeleys team simulerede forskellige tykkelser og diametre af nikkel på platin samt spændinger og pH -niveauer i cellerne. Ved kun at placere nikkel et eller to atomlag i tykkelse og en til to nanometer i diameter skabte de betingelser, de ønskede.

"De er som små nikkeløer, der sidder på et hav af platin, "Sagde Greeley.

Det ultratynde lag nikkel er nøglen, Greeley sagde, fordi det er på det punkt, hvor de to metaller kommer sammen, at al den elektrokemiske aktivitet forekommer. Og da der kun er et eller to atomlag af nikkel, næsten alt reagerer med platin. Det skaber ikke kun den nødvendige katalyse, men ændrer nikkel på en måde, der forhindrer det i at oxidere, giver stabiliteten.

Samarbejdspartnere i Argonne analyserede derefter nikkel-platinstrukturen og bekræftede de egenskaber, Greeley og hans team forventede, at elektrokatalysatoren skulle have.

Næste, Greeley planlægger at teste lignende strukturer med forskellige metaller, såsom udskiftning af platin med guld eller nikkel med kobolt, samt ændring af pH og spændinger. Han mener, at andre mere stabile og aktive kombinationer kan findes ved hjælp af hans beregningsmæssige analyse.

Undersøgelsen blev offentliggjort i Naturenergi .