Billigere brintbrændselscelle kan betyde bedre grønne energimuligheder

Brintbrændselsceller omdanner brint til elektricitet med vanddamp som det eneste biprodukt, hvilket gør dem til et attraktivt grønt alternativ til bærbar strøm, især til køretøjer.

Imidlertid er deres udbredte anvendelse delvist blevet hæmmet af prisen på en af ​​de primære komponenter. For at lette reaktionen, der producerer elektriciteten, er brændselscellerne afhængige af en katalysator lavet af platin, som er dyr og knap.

Nu har et europæisk hold ledet af forskere fra Imperial College London skabt en katalysator, der kun bruger jern, kulstof og nitrogen - materialer, der er billige og let tilgængelige - og vist, at den kan bruges til at drive en brændselscelle ved høj effekt. Deres resultater er offentliggjort i dag i Nature Catalysis .

Ledende forsker professor Anthony Kucernak, fra Institut for Kemi ved Imperial, sagde:"I øjeblikket er omkring 60 % af prisen på en enkelt brændselscelle platin til katalysatoren. At gøre brændselsceller til et reelt levedygtigt alternativ til fossilt brændstof- drevne køretøjer, for eksempel, er vi nødt til at få de omkostninger ned.

"Vores billigere katalysatordesign burde gøre dette til en realitet og tillade udrulning af betydeligt flere vedvarende energisystemer, der bruger brint som brændstof, hvilket i sidste ende reducerer drivhusgasemissioner og sætter verden på vej mod netto-nul-emissioner."

Holdets innovation var at producere en katalysator, hvor alt jernet blev spredt som enkelte atomer i en elektrisk ledende kulstofmatrix. Enkeltatomet jern har andre kemiske egenskaber end bulkjern, hvor alle atomerne er klynget sammen, hvilket gør det mere reaktivt.

Disse egenskaber betyder, at jernet øger de reaktioner, der er nødvendige i brændselscellen, og fungerer som en god erstatning for platin. I laboratorietests viste holdet, at en enkeltatoms jernkatalysator har en ydeevne, der nærmer sig den for platinbaserede katalysatorer i et rigtigt brændselscellesystem.

Ud over at producere en billigere katalysator til brændselsceller, kunne den metode, som teamet udviklede til at skabe, tilpasses til andre katalysatorer til andre processer, såsom kemiske reaktioner med atmosfærisk oxygen som reaktant i stedet for dyre kemiske oxidanter og til behandling af spildevand bruge luft til at fjerne skadelige forurenende stoffer.

Første forfatter Dr. Asad Mehmood, fra Institut for Kemi i Imperial, sagde:"Vi har udviklet en ny tilgang til at lave en række 'single atom' katalysatorer, der giver mulighed for at tillade en række nye kemiske og elektrokemiske processer. Specifikt , brugte vi en unik syntetisk metode, kaldet transmetallering, for at undgå at danne jernklynger under syntesen. Denne proces burde være gavnlig for andre videnskabsmænd, der ønsker at fremstille en lignende type katalysator."

Holdet samarbejdede med den britiske brændselscellekatalysatorproducent Johnson Matthey for at teste katalysatoren i passende systemer og håber at opskalere deres nye katalysator, så den kan bruges i kommercielle brændselsceller. I mellemtiden arbejder de på at forbedre stabiliteten af ​​katalysatoren, så den matcher platin i både holdbarhed og ydeevne. + Udforsk yderligere

Syntesemetoder i stor skala til enkeltatom-katalysatorer til alkaliske brændselsceller