Huoneenlämmössä syntetisoitu tehokas polttokennokatalyytti

Vetypolttokennot, jotka tuottavat sähköä tehokkaasti ja ilman kasvihuonekaasupäästöjä, ovat saamassa huomiota seuraavan sukupolven puhtaana energiateknologiana.

Niiden kaupallistamista on kuitenkin rajoittanut suorituskyvyn heikkeneminen pitkäaikaisen käytön aikana ja katalyytin vaihdon korkeat kustannukset. Nämä ongelmat johtuvat perinteisten katalyyttien epävakaudesta, sillä ne kärsivät metallien liukenemisesta ja hiukkasten kokkaroitumisesta ajan myötä, mikä heikentää reaktiotehokkuutta. Tämän ratkaisemiseksi kestävien, tehokkaiden ja edullisin menetelmin tuotettujen katalyyttien kehittämisestä on tullut kriittinen tutkimustavoite.

Korean tiede- ja teknologiainstituutin (KIST) vety- ja polttokennokeskuksen tohtori Sung Jong Yoon johtama yhteinen tutkimusryhmä, POSTECHin, KAISTin ja Donggukin yliopiston kanssa on kehittänyt uuden katalyyttiteknologian, joka mahdollistaa erittäin aktiivisen ja kestävän katalyytin synteesin huoneenlämmössä käyttämällä yksinkertaista ultraääniavusteista menetelmää.

Uudessa katalyytissä platina ja nikkeli on järjestetty tarkasti nanomittakaavan kuvuiksi, joilla on ontto rakenne. Tämä rakenne lisää reaktiivista pinta-alaa ja minimoi katalyytin hävikin, mikä johtaa merkittävästi parantuneeseen suorituskykyyn.

Perinteisesti tällaisten tarkkojen nanorakenteiden luominen on vaatinut monimutkaisia prosesseja yli 600 °C:n lämpötiloissa. Uusi menetelmä puolestaan mahdollistaa atomien uudelleenjärjestäytymisen käyttämällä vain yksivaiheista ultraääniprosessia huoneenlämmössä.

Tutkijoiden käyttämä ultraäänilaite ohjaa metalliatomeja luonnollisesti järjestäytyneisiin rakenteisiin, mikä yksinkertaistaa valmistusprosessia merkittävästi ja alentaa tuotantokustannuksia parantaen aktiivisuutta ja kestävyyttä.

Yhdysvaltain energiaministeriön (DOE) protokollien mukaisesti tehdyissä kestävyysarvioinneissa katalyytti pysyi vakaana yli 42 000 tuntia – yli 4,2 kertaa pidempään kuin nykyisin saatavilla olevien kaupallisten katalyyttien käyttöikä. Tämän läpimurron odotetaan lyhentävän vaihtovälejä ja huoltokustannuksia kuorma-autoissa, linja-autoissa, laivoissa ja voimalaitoksissa käytettävissä laajamittaisissa polttokennojärjestelmissä.

Katalyytit muodostavat yli 30 % polttokennojärjestelmien kokonaisvalmistuskustannuksista. Pidentämällä katalyytin käyttöikää ja parantamalla suorituskykyä uusi teknologia parantaa merkittävästi vetypolttokennojen taloudellista kannattavuutta.

Tiimi tutkii parhaillaan erilaisia siirtymämetalliyhdistelmiä teknologian laajentamiseksi edelleen ja tekee samalla polttokennopinotason arviointeja ja demonstraatiotutkimuksia autoteollisuuden sovelluksiin.

Aiheesta aiemmin:

Grafeenia, fotosynteesiä ja tekoälyä vihreään energiantuotantoon

Jalometalleista vapaa polttokenno

Uusi edullinen ja tehokas katalyytti