Nyopdagede designregler fører til bedre brændselscellekatalysator

For at skabe bedre batterier og brændselsceller, forskere skal få iltmolekyler til at vinde og tabe elektroner effektivt. Reaktionerne er frustrerende træg. Fremskyndelse af reaktionerne kræver varme og platin, som er dyre. Nu, forskere afdækkede vitale designprincipper til at konstruere katalysatorer, der bruger lettere tilgængelige metaller og mindre varme. Katalysatorerne fungerede godt og var stabile på lang sigt.

Forskere har ledt efter bedre katalysatorer til elektroder i brændselsceller og batterier. Disse katalysatorer driver reaktioner, der flytter elektroner til og fra oxygen (kendt som oxygenelektrocatalyse). Imidlertid, Det har været svært at skabe sådanne katalysatorer. Hvorfor? Forskere brugte forsøg og fejl-metoder. De havde brug for de underliggende designprincipper. Med disse oplysninger i hånden, forskere kan bedre undgå blindgange og arbejde med de mest lovende muligheder.

Oprettelse af effektive metal-luft-batterier, brændstofceller, og andre energiomdannelses- og lagringssystemer afhænger, delvis, om, hvor hurtigt iltmolekyler vinder og mister elektroner. For at gøre disse systemer kommercielt levedygtige, de har brug for billige katalysatorer, aktiv, selektiv, og stabil. Forskere har undersøgt lovende katalysatorer fremstillet af forskellige forhold mellem billigere metaller. Specifikt, disse katalysatorer er lagdelt, blandede ionisk-elektroniske ledende oxider.

Forskerne viste, at en beregnet deskriptor, hvor tæt ilt binder til et sted, hvor der mangler et oxygenatomer på katalysatorens overflade, kan identificere de mest lovende strukturer. Teamet testede, hvor godt denne deskriptor forudsagde katalytisk ydeevne ved at syntetisere, karakteriserende, og test af katalysatorer med forskellige deskriptorværdier. De fandt ud af, at stænger i nanostørrelse fremstillet af kobolt-dopet lanthan-nikkel-oxid fungerede godt i brændselsceller i fastoxid ved omkring 1000 grader Fahrenheit og var stabile på lang sigt. Teamets resultater demonstrerer effektiviteten af ​​designprincipperne. Yderligere, arbejdet fremhæver potentialet i den nye katalysator og bør gavne designindsatsen for brændselsceller og batterier.