Ny katalysator hjælper med at kombinere brændselscelle, batteri i én enhed

En enkelt enhed, der både genererer brændstof og oxidant fra vand og, når en kontakt drejes, omdanner brændstof og ilt til elektricitet og vand, har en række fordele for jordbaserede, rum og militære applikationer. Fra lav miljøbelastning til høj energitæthed, udvikling af effektive forenede regenerative brændselsceller, eller URFC'er, som de kaldes, har været i forskernes sigte i årevis nu.

Men for virkelig at være effektiv, en URFC har brug for bifunktionelle katalysatorer. Det betyder, i elektrolysetilstand, katalysatorer skal lette nedbrydningen af ​​vand til brint og oxygen, og, i brændselscelletilstand, lette deres rekombination til vand. Nu, arbejder i laboratoriet hos Vijay Ramani, Roma B. &Raymond H. Wittcoff Distinguished University Professor, et team af forskere har fundet en fremragende bifunktionel katalysator til oxygenelektroden.

Deres arbejde blev offentliggjort i tidsskriftet Proceedings of the National Academy of Sciences .

"I modsætning til brintelektroden, hvor platin er en effektiv bifunktionel katalysator, det er meget udfordrende at identificere en passende katalysator til oxygenelektroden på grund af den træge kinetik af oxygenreduktion og oxygenudvikling, " sagde Pralay Gayen, arbejder i øjeblikket hos Intel, som var en postdoktoral forskningsmedarbejder i Ramanis laboratorium ved McKelvey School of Engineering ved Washington University i St. Louis og fungerede som papirets første forfatter.

Sulay Saha, en postdoc forskningsassistent i Ramanis laboratorium, og Gayens forskning var styret af de første principper - under hensyntagen til de grundlæggende egenskaber af forskellige stoffer, før de gik til laboratoriet for at teste potentielle katalysatorer.

Sammen med tidligere bachelor-forsker og medforfatter Xinquan Liu, holdet identificerede og udviklede i sidste ende Pt-Pyrochlor, en komposit af platin og en blyruthenatpyrochlor, hvilket gav høj bifunktionalitet.

"Bifunktionalitetsindekset" er et mål for katalysatorens evne til at lette både fremadgående og tilbagegående retning af en reaktion. "Vi ønsker, at indekset skal være lavt, " sagde Kritika Sharma, en ph.d. ingeniørstuderende. "Nul, ideelt." Denne nye katalysator har et bifunktionalitetsindeks på 0,56 volt - meget lavt sammenlignet med andre rapporterede katalysatorer. Når det bruges i en URFC-enhed udviklet af laboratoriet, Katalysatoren muliggjorde en tur-retur-energieffektivitet (RTE) på 75 % - den højeste rapporterede tur-retur-effektivitet i denne type URFC.

Med så høj effektivitet, de udviklede URFC'er er velegnede til applikationer såsom undervandsfartøjer, droner, rumfartøjer og rumstationer, samt til energilagring uden for nettet.