Billige legeringer konkurrerer med dyrt platin for at booste brændselsceller

Som den reneste vedvarende energi, brintenergi har tiltrukket sig særlig opmærksomhed i nyere forskning. Men kommercialiseringen af ​​traditionelle protonudvekslingsmembranbrændselsceller (PEMFC'er), som forbruger brint og producerer elektricitet, er alvorligt begrænset på grund af den kemiske reaktion af PEMFCs katode, der i vid udstrækning er afhængig af dyre platinbaserede katalysatorer.

En løsning er at ændre den sure elektrolyt af PEMFC'er til alkalisk. Sådanne brændselsceller kaldes anionbyttermembranbrændselsceller (AEMFC'er), og de tillader brugen af ​​billigere metalelementer som Co, Ni eller Mn til at designe elektrokatalysatorer.

Forskerholdet ledet af Prof. Gao Minrui fra University of Science and Technology of China (USTC) fulgte denne løsning og udviklede en praktisk og skalerbar måde at fremstille en ny Ni-W-Cu-legering, Ni _5.2 WCu _2.2 , som katode for AEMFC'er. Resultatet blev offentliggjort d Naturkommunikation .

Holdet voksede først Cu(OH) ₂ nanotråde fra et tredimensionelt skumkobberskelet ved anodisk oxidation. De opnåede nanotråde blev derefter nedsænket i en opløsning indeholdende Ni- og W-elementer. Efter hydrotermisk syntese og udglødning, Ni-W-Cu-legeringen blev fremstillet.

Det ternære Ni _5.2 WCu _2.2 legering kan katalysere oxidationen af ​​hydrogen i alkalisk medium 4,31 gange mere effektivt end benchmark platin/carbon anode.

Den har et oxidationspotentiale så højt som 0,3V sammenlignet med den reversible brintelektrode og kan opretholde høj aktivitet i op til 20 timer under et sådant overpotentiale, fortsættende anoder baseret på ikke-platin-gruppe metaller.

Legeringskatalysatoren viste også fremragende modstandsdygtighed over for CO-forgiftning, og opretholdt høj aktivitet i 20000 ppm CO/H ₂ blandet atmosfære.

Analyse viste, at den forventede tæthed af tilstande af Ni _5.2 WCu _2.2 legering ligger i det laveste Fermi niveau, hvilket indikerer, at legeringen har den optimale brintbindingsenergi. Legeringseffekten med flere elementer gør den Ni-baserede legering til en højaktivitetskatalysator og tilbyder oxidationsmodstand.

Dette arbejde kaster lys over yderligere udforskning af flerelementslegeringer sammensat af billige metaller, derved hjælper udviklingen af ​​mere effektive hydrogenoxidationskatalysatorer til AEMFC-anoder.