Brug af elementer i anlæg til at øge brændselscelleeffektiviteten og samtidig reducere omkostningerne

Forskere fra Institut National de la Recherche Scientifique, Québec kigger ind i siv, høje vådområder planter, for at lave billigere katalysatorer til højtydende brændselsceller.

På grund af stigende globale energibehov og truslen forårsaget af miljøforurening, søgen efter nye, rene energikilder er tændt.

I modsætning til et batteri, som lagrer elektricitet til senere brug, en brændselscelle genererer elektricitet fra lagrede materialer, eller brændstoffer.

Brintbaseret brændstof er en meget ren brændstofkilde, der kun producerer vand som et biprodukt, og effektivt kunne erstatte fossile brændstoffer. For at gøre brintbrændstof levedygtigt til daglig brug, højtydende brændselsceller er nødvendige for at omdanne energien fra brintet til elektricitet.

Brintbrændselsceller bruger platinkatalysatorer til at drive energiomdannelse, men platin er dyrt, svarende til næsten halvdelen af ​​en brændselscelles samlede omkostninger ifølge Qiliang Wei, en ph.d. studerende i Shuhui Suns gruppe fra Institut National de la Recherche Scientifique – Énergie, Matériaux et Télécommunications, der studerer billigere alternativer til platinkatalysatorer.

Det er her, siv kommer ind i billedet. Som det blev offentliggjort i Weis nylige avis, "En aktiv og robust Si-Fe/N/C-katalysator afledt af affaldsrør til iltreduktion, "rør er høje i silicium, og som et organisk materiale, de er også en kilde til kulstof.

En potentiel erstatning for platinkatalysatoren består af jern, nitrogen og kulstofforbindelser, og selvom det er lovende, det har nogle problemer. Det er meget mindre stabilt end platin, og selvom det er meget billigere, de nødvendige materialer for at opnå kulstof kan stadig være dyre. Silicium, som det der findes i siv, kunne forbedre aktiviteten af ​​katalysatoren ved at lade mere nitrogen gruppere sig med jern, og det fremmer også grafitisering, processen med at danne kulstof til grafit i et andet materiale, hvilket kunne øge stabiliteten af ​​katalysatorerne.

Opdagelsen af ​​siliciums anvendelighed i denne proces hjælper også med at løse problemet med omkostninger, ved at bruge siv og rester af visne rørstængler, der forekommer naturligt i slutningen af ​​plantens livscyklus som kilde til både kulstof og silicium. Wei var i stand til at bruge røraffaldsbiomasse til at producere jern-nitrogen-kulstof-katalysatorer og, ved at bruge den canadiske lyskilde, var i stand til at bekræfte siliciums rolle i disse katalysatorer ved at karakterisere deres ydeevne med og uden tilsætning af silicium.

Imidlertid, Weis arbejde er ikke færdigt endnu. Katalysatorens sammensætning skal optimeres, så kan det være rentabelt at bruge disse affalds-afledte katalysatorer i brændselsceller. Det kan også skabe muligheder for nye former for batterier. Metalluftbatterier bruger de samme platinkatalysatorer som brændselsceller for at bruge elementer i luften som den positive terminal, frem for et dyrere metal.

"For arbejdet i dette papir, vi testede kun halvcelle-ydelse. I næste trin, vi vil anvende det på en rigtig brændselscellestak, som er tættere på den rigtige anvendelse, " sagde Wei. "Nogle gange er katalysatoren meget god til en halv celle, men er muligvis ikke særlig effektiv for en fuld celle. Når vi forsøger at bruge den med den fulde brændselscelle, Vi skal muligvis optimere flere parametre, ligesom kulstofstrukturen."

"Hvis vi kan omdanne affald til at tilføre værdi til materialer, det vil være af stor interesse for industrien. Vores eksperiment her giver en lovende rute, der kan bruges til at designe meget aktive og stabile katalysatorer til brændselsceller, " sagde Wei.