Iagttager en skiftende platinelektrode

Overfladen på platinelektroder ændrer sig meget mere under brug end tidligere antaget. I et samarbejde mellem Leiden Institutes of Chemistry and Physics, kemikere Leon Jacobse, Yi-Fan Huang og Marc Koper, og fysikeren Marcel Rost har kunnet vise dette for første gang. Offentliggørelse i Naturmaterialer .

Platinelektroder er kernen i elektrolysatorer, som omdanner elektricitet til brint, og af brændselsceller, som omdanner brint til elektricitet; det er enheder, der vil spille en central rolle i tilvejebringelsen af ​​bæredygtig energi, i applikationer som brintbiler. Der er et problem, imidlertid, nemlig at platinelektrodernes ydeevne falder ved brug, hvilket betyder, at elektroderne skal udskiftes med jævne mellemrum. Dette er en dyr forretning, så producenter forsøger at udvikle bedre elektroder. Imidlertid, de mangler den grundlæggende viden for at kunne udtænke effektive alternativer.

Forskerne har nu afsløret en del af processen med ruhed af platinelektroder ved forskellige spændinger, selvom mere forskning er nødvendig for fuldt ud at forstå denne proces. Denne indsigt vil hjælpe producenter med at udvikle elektroder, der har et længere arbejdsliv.

Forsøgene var baseret på en platinmodelelektrode:en enkelt krystallinsk platinoverflade på størrelse med en euro cent, der har en meget regelmæssig atomstruktur. Ved først at øge elektrodenes elektriske potentiale og derefter reducere det, platinen oxiderer og reduceres successivt, hvorved oxider dannes på overfladen, og efterfølgende reducere. Dette er til en vis grad sammenligneligt med, hvad der sker, når en brændselscelle eller elektrolysator tændes og slukkes.

Et nyt aspekt af denne forskning er, at der under hvert forsøg ikke kun blev målt strømmen, men også ændringen af ​​platinoverfladen på atomniveau blev observeret samtidigt, ved hjælp af et hjemmebygget scanningstunnelmikroskop. Måling og observation er generelt to separate aktiviteter, der finder sted på forskellige stadier, men at kombinere dem giver forskerne en unik mulighed for at forstå processen trin for trin.

Forskerne observerede i eksperimenterne, at efter otte cykler med stigende og faldende spænding, talrige bittesmå 2-D øer af platin dannet oven på den oprindelige mere eller mindre flade platin. Efter omkring tredive cyklusser har øerne udvidet sig så meget, at de dækker næsten hele den oprindelige overflade. Derefter stiger de yderligere med hver cyklus, især i højden, op til 170 cyklusser.

Til dato, både forskere og elektrodeproducenter forberedte en ren platinelektrode ved at anvende omkring 20 cyklusser. Selvom der er dem, der stadig tror, ​​at elektroderne forbliver glatte, der har altid været tegn på, at der skal finde en form for ruhed sted. Leiden -forskningen giver en masse indsigt i, hvor ru overfladen faktisk er, og hvordan den udvikler sig, og demonstrerer også, at denne ruhedsproces fortsætter.

Et andet overraskende fund er, at elektrodenes reaktivitet først stiger hurtigere end øernes vækst, og at efter dette grovheden stiger yderligere, men reaktiviteten forbliver konstant, så længe, som forventet, efter omkring 20 cyklusser udlignes de. Leidens forskere håber, at opfølgende forskning vil hjælpe dem med at forklare dette. De vil også undersøge, hvad der sker med platinelektrodens struktur, mens en kontinuerlig elektrokemisk reaktion finder sted samtidigt, sammenlignelig med situationen i en brændselscelle eller elektrolysator i praksis.