211service.com
En billigere brintkatalysator
Platin spiller normalt en afgørende rolle i brændselsceller og i produktionen af brint. Nu har en gruppe forskere vist, hvordan man opnår den samme form for reaktivitet ved hjælp af et metal-nikkel, der er tusind gange billigere end platin. Gruppen – forsker Vincent Artero , og Alan Le Goff og Serge Palacin ved Centralkommission for atomenergi nær Paris-brugte nikkel-baserede forbindelser kemisk bundet til kulstof nanorør.
Brændselscelle katalysator: Et nyt katalytisk materiale lavet af nikkel (vist her knyttet til en eksperimentel kulstof nanorørelektrode) kunne nedbringe omkostningerne ved brændselsceller og brintproduktion.
Platin bruges typisk i vandopdelingsprocessen, fordi det er en så effektiv katalysator. Problemet med platin er, at det er et meget dyrt metal, og der er ikke nok af det på Jorden til at opretholde en verdensomspændende brintøkonomi, siger Artero.
Elektroder lavet ved hjælp af den nye katalysator ville være omkring 20 procent billigere end dem lavet af platin, siger Artero. I betragtning af, at platinet udgør omkring en tredjedel af omkostningerne ved brændselsceller, kan dette have en betydelig indflydelse på prisen på brændselscelleteknologi.
De nye forbindelser er baseret på en type enzym kaldet hydrogenase. Normalt fundet i bakterier og alger, der lever under anaerobe (eller iltfri) forhold, bruges disse enzymer af disse organismer som en katalysator til at metabolisere brint, siger Artero. De bruger nøjagtig samme proces som brændselsceller for at holde sig i live, siger han.
I de senere år har forskere vist stor interesse for at bruge molekylær kemi til at forsøge at efterligne strukturen af disse naturlige katalysatorer. Fordi de aktive komponenter i disse molekylære forbindelser er lige så reaktive som platin, men består af nikkel eller jern i stedet, lover de at være meget billigere at bruge.
Men indtil nu, syntetiske hydrogenese molekyler-såsom dem udviklet af Daniel DuBois på Pacific Northern National Laboratories i Richland, WA – er kun blevet demonstreret i opløsningsform. For at være til praktisk brug skal molekylerne være bundet til en elektrode i stedet for at flyde i en væske.
Ved at modificere de nikkelbaserede aktive komponenter i disse forbindelser fandt Artero og kolleger en måde at fastgøre molekylerne til kulstofnanorør. Nanorørene har to fordele - de er meget gode elektronledere, og de har et meget højt specifikt overfladeareal, siger Artero. Det betyder, at det er muligt at belaste en stor del af det katalytiske materiale på dets overflade, siger han.
I test rapporteret i denne uges udgave af tidsskriftet Videnskab viste gruppen, at denne modificerede katalysator var effektiv og stabil til at udføre reaktionen gentagne gange.
Dette arbejde repræsenterer et betydeligt fremskridt i anvendelsen af molekylære elektrokatalysatorer til brintproduktion og oxidation, siger DuBois. Det viser, siger han, at disse meget reaktive molekylære katalysatorer kan fungere effektivt under forhold, der kan være praktiske for elektrolysatorer og brændselsceller. Dette er et vigtigt skridt i retning af at flytte bio-inspirerede katalysatorer fra undfangelse til praksis.
Nate Lewis , professor i kemi ved Caltech, er enig. Dette er et vigtigt skridt mod udviklingen af et komplet system, der adskiller vand fra sollys, siger han. Men Lewis bemærker, at det kun er en brik i puslespillet at finde en måde at fastgøre katalysatorerne til en overflade, så de kan bruges i en elektrode.
John Turner , en forsker i energividenskab ved National Renewable Energy Laboratory i Golden, CO tilføjer, at den største barriere for brintproduktion fra vand og brændselsceller til transport ikke er brintkatalyse, men oxygenkatalyse.
Nikkelbaserede katalysatorer bruges allerede i store multi-megawatt kommercielle elektrolysatorer, men disse katalysatorer er meget mindre effektive end platin og har tendens til at være meget store - typisk omkring 10 kvadratmeter.
Turner bemærker, at strømmen produceret af Arteros katalysator stadig er størrelsesordener mindre, end der kan opnås med platin. Artero siger, at dette ret nemt kan afhjælpes. Han bemærker, at de nanorør, der blev brugt i hans holds eksperimenter, kun modtog en lav belastning af det katalytiske materiale. At øge dette burde sætte skub i strømmen: Det er et hul, som vi kan udfylde, siger han.