211service.com
Platinfri brændselscelle
Brændselsceller er i princippet den mest effektive måde at omdanne brintbrændstof til elektricitet. Men de kræver dyre katalysatorer som platin for at spalte brint i ioner og elektrisk strøm. Billigere metaller kan simpelthen ikke modstå brændselscellens barske sure miljø. Nu har forskere i Kina udviklet en brændselscelle, der bruger et nyt membranmateriale til at fungere under alkaliske forhold, hvilket eliminerer behovet for en dyr katalysator. Effekten af den nye prototype, som bruger nikkel som katalysator, er stadig relativt lav, men den giver en første demonstration af en potentielt meget billigere brændselscelle.
Power polymer: En ny polymer, vist i pulverform på dette billede, kan bruges til at lave stabile brændselscellemembraner, der leder negativt ladede ioner.
Konventionelle brændselsceller består af to elektroder belagt med en platinkatalysator, der spalter brintbrændstof i sure brintioner og elektroner. Elektroderne er adskilt af en polymermembran, der leder sure brintioner fra den ene side til den anden, hvilket skaber en ekstern elektrisk strøm. Den nye brændselscelle, udviklet af forskere ledet af Lin Zhuang , en professor i kemi ved Wuhan University, i Wuhan, Kina, bruger en ny membran, der leder alkaliske ioner kaldet hydroxylgrupper. Alkaliske brændselsceller virker ved at reagere brint og oxygen for at skabe hydroxylioner og vand, en reaktion katalyseret i Wuhan University brændselscelle af nikkelanoden. Hydroxylionerne ledes hen over polymermembranen og genererer en ekstern elektrisk strøm.
De fleste forskere har været fokuseret på sure brændselsceller, fordi der allerede er udviklet membraner, der fungerer godt under sådanne forhold. En stabil hydroxyl-ledende membran har været elektrokemiens hellige gral, siger Robert Savinell , professor i kemiteknik ved Case Western Reserve University i Cleveland. En sådan membran ville give forskere mulighed for at bygge brændselsceller og batterier, der ikke kræver ædelmetalkatalysatorer, men som kan bruge billigere som nikkel.
Zhuangs polymer er i struktur sammenlignelig med den stærkt ledende polymer Nafion, der bruges i konventionelle sure brændselsceller. Det kan vise sig at være billigere end Nafion, som skal beriges med fluorgrupper for at beskytte det mod sure forhold. Andre forskere arbejder på at forbedre effekten og sænke omkostningerne ved sure brændselsceller ved at udvikle alternativer til Nafion, men disse celler kræver stadig dyre katalysatorer.
Zhuangs gruppe demonstrerede den nye membran i en alkalisk brændselscelle, der bruger en sølvkatode og en hydrogenspaltende nikkelanode som katalysator. De nikkelkatalysatorer, der blev brugt i tidligere udviklede alkaliske brændselsceller, var ikke særlig effektive, fordi de hurtigt blev oxideret, så alkaliske brændselsceller har brugt de samme platinkatalysatorer som deres sure modstykker. Wuhan-forskerne skabte en anode belagt med nikkelnanopartikler dekoreret med krom, der er mere tolerant over for oxidation end tidligere nikkelkatalysatorer.
Effekten af den nye brændselscelle – omkring 50 milliwatt per kvadratcentimeter ved 60 ºC – er beskeden. Men som den første demonstration af en alkalisk brændselscelle, der ikke kræver dyre metalkatalysatorer, er det et vigtigt principbevis, siger forskere. Brændselsceller har en lang vej at gå med hensyn til effektivitet, langsigtet stabilitet og omkostninger, siger Frank DiSalvo , professor i fysisk videnskab ved Cornell University i Ithaca, NY. Dette arbejde forbedrer forskningsværktøjssættet af materialer, vi kan udforske for at se, om vi kan levere på brændselscelleeffektivitet, siger han.
Zhuang siger, at han og hans gruppe arbejder på at forbedre cellens effekt ved at justere katalysatoren og membranen yderligere. De bliver også nødt til at demonstrere cellens langsigtede stabilitet. Vi tror på, at katalysatorer med højere aktivitet og lavere omkostninger snart vil blive realiseret, siger han.