En søgen efter stabilitet for platinkatalysatorer

(PhysOrg.com) - En ny kulstofstøtte, der i høj grad øger holdbarheden af ​​protonudvekslingsmembranbrændselsceller, er blevet udviklet af forskere ved Pacific Northwest National Laboratory og Princeton University. Dette nye materiale forbedrer brændselscellekatalysatorens stabilitet betydeligt og vil potentielt sænke omkostningerne ved disse brændselsceller. Denne banebrydende forskning ramte nummer et på listen over mest downloadede Elektrokemi kommunikation artikler i efteråret.

I øjeblikket, protonudvekslingsmembranbrændselsceller er ikke udbredt på grund af de høje fremstillingsomkostninger og relativt lav udholdenhed. For at være kommercielt levedygtig, omkostningerne skal reduceres dramatisk. Disse nye kulstofstøtter gør måske netop det.

Inde i dagens brændselscelle, platin katalyserer reaktionen. Forholdene inde i brændselscellen er ret barske:højt tryk, høj temperatur. Under disse forhold, nogle af platinpartiklerne flyver af støtten, gør dem utilgængelige for at fremskynde reaktionerne. Nogle af partiklerne klumper sig sammen. Når dette sker, partiklerne har mindre overfladeareal. Og, det er på overfladen, hvor reaktionen sker. Så, mindre overfladeareal, mindre katalyse. Holdet undersøgte en ny type støtte.

Til denne undersøgelse, de snittede grafit, ligner kulstoffet i en blyant, i enkelte atomlag for at danne tætte rynkede plader kaldet funktionaliserede grafenplader.

Derefter, de behandlede disse plader med platinkatalysatoren. Ved hjælp af et transmissionselektronmikroskop, de så forskellen på, hvordan katalysatorpartiklerne blev fastgjort til grafenpladerne og en kommerciel støtte. Billederne viste tydeligt en ensartet fordeling af meget mindre platinnanopartikler på grafenet. Ved hjælp af et røntgenfotoelektronspektrometer, de beviste, at grafen har flere funktionelle grupper tilgængelige til at binde platinkatalysatoren sammenlignet med den kommercielle støtte. Begge disse instrumenter er på DOE's EMSL, en videnskabelig brugerfacilitet placeret på PNNL.

Deres konklusion var, at grafenpladerne har en stærkere metal-støtte-interaktion og producerede mindre katalysatorpartikler, der var mere modstandsdygtige over for nedbrydning. Funktionaliserede grafenark kan potentielt føre til en mere stabil, effektiv, og billigere brændselscelle.

Denne undersøgelse lægger grundlaget for det fremtidige arbejde med dette lovende kulstofmateriale. Fremtidig forskning vil fokusere på at øge effektiviteten af ​​materialefremstillingen og holdbarheden af ​​grafenpladerne.