Nye nanotråde øger brændselscelleeffektiviteten

Brændselsceller er blevet udråbt som en renere løsning på morgendagens energibehov, med potentielle applikationer i alt fra biler til computere.

Men en grund til, at brændselsceller ikke allerede er mere udbredt, er deres mangel på udholdenhed. Over tid, de katalysatorer, der bruges, selv i nutidens topmoderne brændstofceller, nedbrydes, hæmmer den kemiske reaktion, der omdanner brændstof til elektricitet. Ud over, den nuværende teknologi er afhængig af små partikler belagt med katalysatoren; imidlertid, partiklernes begrænsede overfladeareal betyder, at kun en brøkdel af katalysatoren er tilgængelig på et givet tidspunkt.

Nu har et team af ingeniører ved Yale School of Engineering &Applied Science skabt et nyt brændselscellekatalysatorsystem ved hjælp af nanotråde fremstillet af et nyt materiale, der øger langsigtet ydeevne med 2,4 gange i forhold til nutidens teknologi. Deres resultater fremgår på forsiden af ​​aprilnummeret af ACS Nano .

Yale -ingeniører Jan Schroers og André Taylor har udviklet minimale nanotråde fremstillet af en innovativ metallegering kendt som et bulk metallisk glas (BMG), der har store overfladearealer, derved udsætte mere af katalysatoren. De opretholder også deres aktivitet længere end traditionelle brændselscellekatalysatorsystemer.

Nuværende brændselscelleteknologi bruger carbon black, et billigt og elektrisk ledende kulstofmateriale, som en støtte til platinpartikler. Kulstoffet transporterer elektricitet, mens platin er katalysatoren, der driver produktionen af ​​elektricitet. Jo flere platinpartikler brændstoffet udsættes for, jo mere elektricitet der produceres. Alligevel er carbon black porøs, så platin inde i de indre porer må ikke udsættes. Carbon black har også en tendens til at tære med tiden.

"For at producere mere effektive brændselsceller, du ønsker at øge katalysatorens aktive overfladeareal, og du vil have din katalysator til at vare, "Sagde Taylor.

Ved 13 nanometer i skala (ca. 1/10, 000 et menneskehårs bredde), de BMG -nanotråde, som Schroers og Taylor udviklede, er omkring tre gange mindre end kønrøgpartikler. Nanotrådene er lange, tynd form giver dem meget mere aktivt overfladeareal pr. masse sammenlignet med carbon black. Ud over, i stedet for at klæbe platinpartikler på et støttemateriale, Yale -teamet inkorporerede platinet i selve nanotrådlegeringen, sikre, at det fortsat reagerer med brændstoffet over tid.

Det er nanotrådenes unikke kemiske sammensætning, der gør det muligt at forme dem til så små stænger ved hjælp af en varmpressemetode, sagde Schroers, der har udviklet andre BMG -legeringer, der også kan blæses i komplicerede former. BMG nanotråde leder også elektricitet bedre end carbon black og carbon nanorør, og er billigere at behandle.

Hidtil har Taylor testet deres katalysatorsystem for alkoholbaserede brændselsceller (herunder dem, der bruger ethanol og methanol som brændstofkilder), men de siger, at systemet kunne bruges i andre typer brændselsceller og en dag kunne bruges i bærbare elektroniske enheder såsom bærbare computere og mobiltelefoner samt i fjernsensorer.

"Dette er introduktionen af ​​en ny klasse materialer, der kan bruges som elektrokatalysatorer, "Sagde Taylor." Det er et reelt skridt mod at gøre brændselsceller kommercielt levedygtige og, ultimativt, supplere eller udskifte batterier i elektroniske enheder. "