Существует острая необходимость решения проблемы изменения климата, что делает развитие устойчивых альтернативных источников энергии более важным, чем когда-либо. Хотя топливные элементы с протонообменной мембраной (PEMFC) показали большие перспективы для производства энергии, особенно в транспортной отрасли, существует давняя проблема с их долговечностью и стоимостью.
Западная исследовательская группа решила эту проблему с помощью нового наноматериала, модифицированного кобальтом, который делает PEMFC более надежными, доступными и экологически устойчивыми, демонстрируя всего лишь двухпроцентную потерю эффективности после 20 000 циклов испытаний на долговечность.
Новый наноматериал используется для усиления реакции восстановления кислорода (ORR) — процесса, в результате которого в топливном элементе образуется вода , что позволяет использовать более высокий ток для более эффективного производства электроэнергии. Модифицированный кобальтом наноматериал также снижает зависимость от платины при изготовлении этих топливных элементов. Дорогостоящий драгоценный металл, добываемый в основном в Южной Африке, ежегодно производится всего несколько сотен тонн платины.
Цун-Конг (ТК) Шам, Сюэлян (Энди) Сун, Али Фейзабади и их сотрудники из отдела химии и западной инженерии Western представили новый модифицированный кобальтом катализатор ORR.
«Передовые подходы, включая легирование платины с другими переходными металлами и создание структур ядро-оболочка, открывают захватывающие возможности за счет снижения спроса на платину в топливных элементах при сохранении исключительной каталитической активности», — сказал Шам, канадский руководитель исследований в области материалов и синхротронного излучения. и старший автор исследования. «Но, несмотря на значительный прогресс, ахиллесовой пятой остается долговечность этих катализаторов из-за нестабильной структуры».
Команда Шама и Сан использовала метод, называемый «легированием кобальтом», для модификации поверхности и приповерхностных областей наночастиц платино-палладиевого ядра-оболочки.
«Допинг — это практика введения очень небольших количеств определенных инородных атомов в кристаллическую структуру наночастицы для изменения ее электронных свойств. Эти инородные атомы называются легирующими примесями», — сказал Фейзабади, бывший аналитик исследовательской группы Sham и ведущий автор исследования.
Новые наночастицы, легированные кобальтом, демонстрируют исключительную стабильность, выдерживая всего лишь двухпроцентную потерю начальной активности после «изнурительных» 20 000 циклов ускоренного теста на долговечность, используемого для более глубокого понимания механизмов деградации катализаторов в контролируемых лабораторных условиях.
«Это подчеркивает замечательную роль кобальта в повышении каталитической активности и усилении структурной целостности катализатора», — сказал Шам, мировой лидер в разработке новых методов рентгеновской спектроскопии.
Чтобы лучше понять поведение и состав катализатора, исследовательская группа изучила новые наночастицы с помощью линии жесткого рентгеновского микроанализа в Canadian Light Source, национальном канадском центре источников синхротронного света в Университете Саскачевана.
Для исследования наночастицы также были проанализированы в Advanced Photon Source в Лемонте, штат Иллинойс, и в Тайваньском источнике фотонов.
«Эти наночастицы, легированные кобальтом, имеют огромные перспективы в качестве высокоэффективных и долговечных катализаторов ORR, что представляет собой значительный прогресс в области технологии топливных элементов», — сказал Сан, профессор западной инженерии и ведущий эксперт в области наноматериалов и чистой энергии.
«Этот комплексный подход проливает новый свет на поведение и структуру катализаторов, приближая нас на один шаг к решениям в области устойчивой энергетики».
No comments:
Post a Comment