Основанный на углероде катализатор также разъедает меньше, чем основанные на металле материалы и оказался более надежным.Результаты – главные шаги к созданию недорогих катализаторов, коммерчески доступных, который мог, в свою очередь, уменьшить стоимость, чтобы произвести экологически чистую энергию от топливных элементов PEM – наиболее распространенная клетка, проверяемая и используемая в автомобилях и постоянных электростанциях. Исследование было недавно опубликовано онлайн в журнале Science Advances.
«Это определенно должно продвинуть область», сказало Известкование Дэй, профессор Кента Хейла Смита макромолекулярной науки и разработки в Случае Западный Запасной и ведущий автор исследования. «Это – главный прорыв для коммерциализации».Дэй работал с ведущим следователем Цзянлань Шуем, который был постдокторским исследователем CWRU и является теперь материаловедением и техническим преподавателем в Бэйханском университете, Пекин; студент доктора философии Мин Ван, который сделал часть тестирования; и постдокторский исследователь Фэнь Ду, который сделал материалы. Усилие основывается на более ранней работе лаборатории Дэя, развивающей основанные на углероде катализаторы, которые значительно выиграли у платины в щелочном топливном элементе.Группа преследовала катализатор неметалла, чтобы выступить в кислоте, потому что типичный предъявитель среди топливных элементов, клетки PEM, использует кислый электролит.
PEM обозначает и протонную мембрану обмена и мембрану электролита полимера, которые являются взаимозаменяемыми названиями этого типа клетки.Ключ к новому катализатору – своя рационально разработанная пористая структура, сказал Дэй. Исследователи смешали листы лакируемого азотом графена, толстый единственный атом, с углеродными нанотрубками и частицами сажи в решении, затем сушили сублимацией их в сложные листы и укрепили их.Графен обеспечивает огромную площадь поверхности, чтобы ускорить химические реакции, нанотрубки увеличивают проводимость, и сажа отделяет графеновые листы для свободного потока электролита и кислорода, который значительно увеличил работу и эффективность.
Исследователи нашли, что те преимущества были потеряны, когда они позволили сложным листам устраиваться в трудных стеках с небольшой комнатой между слоями.Топливный элемент преобразовывает химическую энергию в электроэнергию, удаляя электроны из топлива, такие как водород, в аноде клетки или положительном электроде. Это создает ток.
Водородные произведенные ионы несет электролит через мембрану к катоду или отрицательный электрод, где кислородная реакция сокращения происходит. Кислородные молекулы разделены и уменьшены добавлением электронов и объединением с водородными ионами, чтобы сформировать воду и тепло – единственные побочные продукты.
Тестирование показало, что пористый катализатор выступает лучше и более надежен, чем современный недрагоценный основанный на железе катализатор. Лаборатория Дэя продолжает точно настраивать материалы и структуру, а также исследовать использование катализаторов неметалла в большем количестве областей экологически чистой энергии.