Новости перспективных технологий

Создан рекордный катализатор для топливных элементов

Изображение с сайта www.cnews.ru

Ученые создали для топливных ячеек катализатор, который в 17 раз эффективнее современных катализаторов на основе платины. Более того, он прост в производстве и, потенциально, может использоваться в автомобилях.

Исследователи из Технологического института Джорджии, США, синтезировали новый катализатор из нанокристаллов Pt-Ni (платина-никель). Катализатор обладает рекордно высокой активностью по отношению к реакции восстановления кислорода (ORR). Отметим, что низкая каталитическая активность в отношении ORR считается одним из основных препятствий для успешной коммерциализации топливных элементов.

Топливные элементы на основе протонообменных мембран (PEMFC) имеют высокую эффективность преобразования энергии, что позволяет заменить ими бензиновые и дизельные двигатели двигателя внутреннего сгорания. К сожалению, для сборки топливного элемента приемлемой для коммерческого использования мощности, надежности и долговечности требуется немалое количество дорогостоящего металла — платины. Поэтому, чтобы сделать PEMFC пригодными для крупномасштабной коммерциализации, необходимы новые более эффективные катализаторы. По расчетам специалистов Министерства энергетика США, активность катализаторов по отношению к реакции восстановления кислорода должна быть увеличена примерно в 3—4 раза, что позволит при сохранении нынешней эффективности топливных ячеек уменьшить количество используемой платины.

Новый биметаллический катализатор на основе нанокристаллов из платины и никеля, возможно, «подпишет приговор» бензиновым и дизельным двигателям.

Новый катализатор, разработанный американскими учеными, намного превосходит это требование и демонстрирует 17-кратное увеличение активности по отношению к ORR. Катализатор тоже использует платину, только в сочетании с никелем, а не углеродными наночастицами, как в лучших «традиционных» топливных ячейках. При этом в основе Pt-Ni-катализатора лежат нанокристаллы особой октаэдрической формы, которая обеспечивает максимальную площадь и активность каталитической реакции. Повысить эффективность Pt-Ni-катализатора удалось благодаря растворителю — бензиловому эфиру. Во время синтеза платина-никелевых нанокристаллов растворитель существенно уменьшает количество поверхностно-активных веществ, которые снижают эффективность катализатора. Более того, ученым удалось сохранить желаемую октаэдрическую форму нанокристаллов.

В ходе экспериментов новый катализатор показал рекордное соотношение активности катализатора к массе: 0,9 вольт при 3,3 миллиграммах, что в 17 раз выше, чем у обычных катализаторов на основе платины с углеродными наночастицами.

Ученым удалось изготовить в лаборатории несколько граммов нового катализатора, состоящего из 9-нанометровых октаэдрических кристаллов. Этого достаточно для тестирования в топливной ячейке, чем и планируют заняться исследователи. Разработчики надеются, что высокая активность октаэдрических биметаллических Pt-Ni-нанокристалов сохранится и внутри топливных элементов, и при этом будет обеспечена достаточная надежность и долговечность высокоактивного катализатора. Если испытания закончатся успешно, то новые топливные ячейки смогут составить конкуренцию привычным бензиновым и дизельным моторам.

Информация с сайта www.cnews.ru.