Parannusta metanolipolttokennoille

Dohyeon Lee et al, Methanol Tolerant Pt-C Core-Shell Cathode Catalyst for Direct Methanol Fuel Cells

Fossiilisten polttoaineiden käytöstä johtuvien ympäristöongelmien takia monet tutkijat ympäri maailmaa keskittyvät löytämään tehokkaita vaihtoehtoja. Vaikka vetypolttokennoihin on asetettu suuria toiveita, todellisuus on, että puhtaan vedyn kuljettamisesta, varastoinnista ja käytöstä aiheutuu valtavia lisäkustannuksia, mikä tekee tästä prosessista haastavaa nykyisellä tekniikalla.

Sitä vastoin metanoli (CH3O3), eräänlainen alkoholityyppi, ei vaadi kylmävarastointia, sillä on suurempi energiatiheys ja sitä on helpompi ja turvallisempi kuljettaa. Siirtyminen metanolipohjaiseen talouteen on siis realistisempi tavoite.

Sähkön tuottaminen metanolista huonelämpötilassa vaatii suoran metanolipolttokennon (DMFC), jollainen toistaiseksi tarjoaa heikon suorituskyvyn.

Yksi suurimmista ongelmista DMFC:ssä on ei-toivottu "metanolin hapetus" -reaktio, joka tapahtuu metanolin kulkiessa anodista katodiin. Tämä reaktio johtaa ajan myötä platinakatalyytin tehottomuuteen. Vaikka joitain strategioita tämän ongelman lieventämiseksi on ehdotettu, toistaiseksi mikään niistä ei ole ollut tarpeeksi hyvä kustannus- tai vakausongelmien takia.

Äskettäisessä tutkimustyössä korealaisen Incheon National Universityn tutkijaryhmä on keksinyt tehokkaan ratkaisun. He valmistivat - suhteellisen yksinkertaisen menettelyn avulla - katalyytin, joka koottiin hiilikuoren sisään kapseloiduista platinan nanohiukkasista. Tämä kuori muodostaa melkein läpäisemättömän hiiliverkon, jossa on pieniä typpivirheistä johtuvia reikiä.

Vaikka happi, yksi DMFC:n pääreagensseista, voi päästä Pt-katalysaattoriin näiden "reikien" kautta, metanolimolekyylit ovat siihen liian suuria. "Hiilikuori toimii molekyyliseulana ja tarjoaa selektiivisyyden haluttuihin reagensseihin, jotka voivat päästä itse katalysaattoriin. Tämä estää Pt-ytimien ei-toivotun reaktion", kertoo professori Oh Joong Kwon yliopistonsa tiedotteessa.

Tutkijoiden kokeellisissa vertailuissa heidän uusi päällystetty katalyytti ylitti kaupalliset Pt-katalyytit ja tarjosi myös paljon paremman stabiilisuuden.

"DMFC:n energiatiheys on suurempi kuin litiumioniakuilla ja niistä voi siis tulla vaihtoehtoisia virtalähteitä kannettaville laitteille, kuten kannettaville tietokoneille ja älypuhelimille", Kwon huomauttaa.

Kun planeettamme tulevaisuus on linjalla, vaihtamisen vaihtoehtoisiin polttoaineisiin pitäisi olla yksi ihmiskunnan tärkeimmistä tavoitteista, ja tämä tutkimus on merkittävä askel oikeaan suuntaan toivovat tutkijat.

Aiheesta aiemmin:

Nanomateriaaleja polttokennojen katodeille

Polttokennoja sadasosan kustannuksilla