Tehotusta polttokennoihin ja fotosynteesiin

Kiinteäoksidiset polttokennot, jotka perustuvat matalan kustannustason keraamisiin materiaaleihin, ovat yksi tehokkain ja lupaavin tyyppi polttokennoja.

Niiden suurin ongelma on kuitenkin käytön myötä polttoaineen elektrolyytin toimintaa heikentävä reaktio mutta äskettäin Harvardin yliopistossa toiminut tutkijaryhmä löysi tavan tehdä elektrolyytistä kestävämpi.

"Olemme yhdistäneet kvanttiaineen ja sähkökemian aloja tavalla joka on johtanut uuden, suorituskykyisen materiaalin löytöön, jonka faasi voi siirtyä metallista ionien johteeksi," toteaa tutkimusta vetänyt professori Shriram Ramanathan.

Tutkijat käyttivät perovskiittirakenteista nikkelaattia (nickelate) elektrolyyttinään. Itsestään se on melko surkea elektrolyytti mutta ryhmä päällysti sen pinnan katalyytillä ja sitten "seosti" sitä elektroneilla, jolloin siitä syntyi hyvä ionien johde.

Kyseessä on uusi ilmiö ja sen on mahdollista dramaattisesti parantaa polttokennojen suorituskykyä. Keinotekoiset fotosynteesit voisivat tarjota puhtaan ja uusiutuvan energianlähteen mutta sen tehokkuutta olisi parannettava erityisesti veden hapetusreaktion suhteen.

Nyt ryhmä tiedemiehiä Brookhaven National Laboratoryn johdolla on syntetisoinut uutta molekyylitason katalysaattoria veden hapetukseen.

Katalyytti - ruteniumin komplekseja, joita ympäröi sitovat molekyylit (ligandit), jotka sisältävät fosfonaatti ryhmiä - nopeuttaa happi-happi sidoksien muodostumista, joka on yleensä energiaintensiivisin ja hitain vaihe veden hapettumisessa.

Alustavat tutkimukset osoittivat, että nämä ruteniumkompleksit voisivat tarjota matalaenergisen väylän nopeampaan veden hapettumiseen.

Kehitetyt ruteenikompleksit katalysoivat happi-happi-sidoksen muodostumisen nopeammin kuin mikään muu tunnettu katalyytti, tuottaen sekunnissa satoja happimolekyylejä per katalyytin molekyyli. Ne myös minimoivat energiaa, joka menetetään lämpönä.Kiinteäoksidiset polttokennot, jotka perustuvat matalan kustannustason keraamisiin materiaaleihin, ovat yksi tehokkain ja lupaavin tyyppi polttokennoja.