Jalometalleista vapaa polttokenno

Täysin jalometalliton alkalinen polttokenno, jossa on Co-Mn-spinellioksidikatodi ja hiilipinnoitettu Ni-anodi.

Suurempi kuva

Cornellin yliopiston tutkijat ovat havainneet, että typellä seostettu hiilellä päällystetty nikkelianodi voi katalysoida olennaisen reaktion vetypolttokennoissa murto-osalla nykyisin käytettyjen jalometallien hinnasta.

Uusi löytö voi nopeuttaa vetypolttokennojen laajaa käyttöä, sillä niillä on vahva lupaus tehokkaina, puhtaina energialähteinä ajoneuvoihin ja muihin sovelluksiin.

Se on yksi Héctor D. Abruñan laboratorion löytöjen sarjasta, kun he etsivät jatkuvasti aktiivisia, halpoja ja kestäviä katalyyttejä käytettäväksi alkalisissa polttokennoissa.

"Tämä löytö edistää tehokkaiden, puhtaiden vetypolttokennojen käyttöä fossiilisten polttoaineiden sijaan", sanoi Abruña.

Tutkimusraportti kertoo: Täysin jalometalliton alkalinen polttokenno, jolla on parannettu suorituskyky käyttämällä hiilipinnoitettua nikkelianodia".

Vaikka alkaliset polymeerielektrolyyttikalvopolttokennot (APEMFC) mahdollistavat muiden kuin jalometallisten sähkökatalysaattoreiden käytön, niiltä puuttuu tarvittava suorituskyky ja kestävyys korvaamaan jalometallipohjaisia järjestelmiä.

Viimeaikaisia kokeita ei-jalometallisilla vedyn hapetusreaktion (HOR) -elektrokatalyyteillä tarvitaan voittamaan kaksi suurta haastetta, tutkijat kirjoittivat: alhainen luontainen aktiivisuus liian voimakkaasta vetyä sitovasta energiasta ja huono kestävyys, joka johtuu nopeasta passivoitumisesta metallioksidin muodostuessa.

Näiden haasteiden voittamiseksi tutkijat suunnittelivat nikkelipohjaisen sähkökatalysaattorin, jossa oli 2 nanometrinen kuori typellä seostetusta hiilestä.

Heidän vetypolttokennossa on anodi katalyytti (jossa vety hapettuu) koostuu kiinteästä nikkeliytimestä, jota ympäröi hiilikuori. Yhdistettynä koboltti-mangaanikatodin kanssa (jossa happea pelkistetään), tuloksena on täysin jalometalliton vetypolttokenno, joka tuotti yli 200 milliwattia neliösenttimetriä kohden sadan tunnin ajan.

Nikkelioksidilajien läsnäolo nikkelielektrodin pinnalla hidastaa vedyn hapetusreaktiota dramaattisesti, Abruña sanoi. Typpiseostettu hiilipinnoite toimii suojakerroksena ja tehostaa HOR-kinetiikkaa tehden reaktiosta nopeamman ja paljon tehokkaamman.

Lisäksi nikkelielektrodin grafeenipinnoite estää nikkelioksidien muodostumisen, mikä johtaa dramaattisesti pidempään kestäviin elektrodeihin. Nämä elektrodit kestävät myös paljon paremmin hiilimonoksidia, joka myrkyttää platinaa nopeasti.

"Tämän uuden anodin käyttö alentaisi hintoja dramaattisesti, mikä mahdollistaisi alkalisten polttokennojen käytön monilla alueilla", Abruña päättelee yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Polttokennoja sadasosan kustannuksilla

Nanomateriaaleja polttokennojen katodeille

Platina kohtaa vertaisensa