Uusi katalysaattorisuunnitelma akuille ja vetypolttokennoille

Korealaiset tutkijat ovat kehittäneet uuden katalysaattoritekniikan, joka voi parantaa akkujen ja vetypolttokennojen suorituskykyä ja samalla vähentää energiahäviöitä.

KAISTin professori Seung Jun Hwangin johtama tutkimusryhmä on ehdottanut uutta katalyytin suunnittelustrategiaa yhteistyössä Soulin kansallisen yliopiston professori Jaeyune Ryun ryhmän kanssa. Strategia voi parantaa akkujen ja polttokennon sisällä sähköä tuottavien keskeisten reaktioiden tehokkuutta.

Katalyytti on materiaali, joka auttaa kemiallisia reaktioita tapahtumaan nopeammin ja tehokkaammin. Akuissa tai polttokennoissa se edistää sähköä tuottavia reaktioita. Katalyytit koostuvat yleensä keskellä olevasta metallista ja sitä ympäröivästä molekyylirakenteesta.

Aiemmissa tutkimuksissa menetelmät käsittivät pääasiassa metallin tyypin muuttamista raudasta (Fe) koboltiksi (Co) tai nikkeliksi (Ni) tai metallin ympärillä olevan molekyylirakenteen, joka tunnetaan ligandina, uudistamista reaktion suorituskyvyn parantamiseksi.

Yksinkertaisesti sanottuna tämä lähestymistapa muuttaa itse katalyytin materiaalia tai muotoa, jotta se reagoisi paremmin. Tämä tutkimus eroaa muista osoittamalla, että suorituskykyä voidaan parantaa yksinkertaisesti säätämällä katalyytin ympärillä olevaa sähköistä ympäristöä ilman, että itse katalyyttiä muutetaan merkittävästi.

Tämän tutkimuksen ydin on se, että tiimi sai reaktion tapahtumaan tehokkaammin säätämällä katalyytin ympärillä olevaa sähköistä ympäristöä sen sijaan, että olisi luotu kokonaan uusi katalyytti.

Tutkimusryhmä vahvisti, että "kationien (+)" sijoittaminen katalyytin ympärille hyvin pienen sähkökentän luomiseksi voi saada sähkön tuottamiseen tarvittavan reaktion tapahtumaan vakaammin. Erityisesti halutun reaktion osuus nousi aiemmasta noin 12 prosentin tasosta jopa 52 prosenttiin.

Tämän avulla tutkimusryhmä vahvisti, että haluttu reaktio voidaan indusoida tehokkaasti vähemmällä energialla kuin ennen. Tämän odotetaan parantavan akkujen ja vetypolttokennojen tehokkuutta, käyttöikää ja vakautta.

Tässä tutkimuksessa tarkasteltu hapen pelkistysreaktio (ORR) on ydinreaktio, joka tuottaa sähköä seuraavan sukupolven energialaitteissa, kuten vetyajoneuvojen polttokennoissa ja metalli-ilma-akuissa.

Tutkimusryhmä uskoo myös, että tätä periaatetta voidaan soveltaa katalyyttiteknologioihin, jotka muuntavat hiilidioksidia (CO₂) tai vetyä muiksi hyödyllisiksi aineiksi, ja että sitä voidaan siksi käyttää erilaisten seuraavan sukupolven energiakatalyyttien kehittämisessä, mukaan lukien hiilidioksidipäästöjen vähentämistekniikat ja ympäristöystävälliset vedyn tuotantotekniikat.

Aiheesta aiemmin:

Polttokennojen esteiden murtaminen

Kaksitoiminen katalyytti tekee sen halvemmalla

Tehdä sähköä metallista ja ilmasta