Elektrocatalystové nanostruktury jsou klíčem k vylepšení palivových článků, elektrolyzérů

Anonim

Simulace vědců Purdue University odhalily tajemství nového elektrokatalyzátoru, který může vyřešit významný problém spojený s palivovými články a elektrolyzéry.

Palivové články, které používají chemické reakce k výrobě energie a elektrolyzery, které přeměňují energii na vodík nebo jiné plyny, používají elektrokatalyzátory k podpoře chemických reakcí. Elektrokatalyzátory, které mohou tyto reakce aktivovat, mají tendenci být nestabilní, protože mohou korodovat ve vysoce kyselých nebo bazických vodních roztokech, které se používají v palivových článcích nebo elektrolyzerech.

Tým vedený Jeffrem Greeleyem, docentem chemického inženýrství, identifikoval strukturu elektrokatalyzátoru vyrobeného z niklových nanoislandů uložených na platině, která je aktivní a stabilní. Tento design vytvořil vlastnosti v niklu, které Greeley řekl, byly nečekané, ale velmi přínosné.

"Reakce vedly k velmi stabilním strukturám, které bychom nepředvídali pouhým pohledu na vlastnosti niklu, " řekl Greeley. "Ukázalo se, že je to překvapení."

Greeleyův tým a spolupracovníci pracující v laboratoři Argonne National Laboratory si všimli, že nikl umístěný na platinovém substrátu vykazuje potenciál jako elektrokatalyzátor. Greeleyova laboratoř pak šla do práce, aby zjistila, jak může být elektrokatalyzátor s tímto složením aktivní a stabilní.

Greeleyův tým simuloval různé tloušťky a průměry niklu na platině, stejně jako napětí a hladiny pH v buňkách. Umístění niklu pouze jednu nebo dvě atomové vrstvy v tloušťce a jeden až dva nanometry v průměru vytvořily podmínky, které chtějí.

"Jsou jako malé ostrovy niklu, které sedí na platině, " řekl Greeley.

Ultralehká vrstva niklu je klíčová, říká Greeley, protože je to v místě, kde se obě kovy shromáždí, že dojde k elektrochemické aktivitě. A jelikož existuje jen jedna nebo dvě atomové vrstvy niklu, téměř vše reaguje s platinou. To nejenže vytváří potřebnou katalýzu, ale mění nikl způsobem, který ho chrání před oxidací a poskytuje stabilitu.

Spolupracovníci společnosti Argonne poté analyzovali strukturu niklu a platiny a potvrdili vlastnosti, které Greeley a jeho tým očekávali od elektrokatalyzátoru.

Dále Greeley plánuje otestovat podobné struktury s různými kovy, jako je nahrazení platiny se zlatem nebo niklem s kobaltem, stejně jako změna pH a napětí. Věří, že pomocí své výpočetní analýzy lze nalézt další stabilnější a aktivní kombinace.

Studie byla publikována v Nature Energy.

menu
menu