Platinafri brenselcelle

Brenselceller er i prinsippet den mest effektive måten å omdanne hydrogenbrensel til elektrisitet. Men de krever dyre katalysatorer som platina for å splitte hydrogen til ioner og elektrisk strøm. Billigere metaller tåler rett og slett ikke det harde sure miljøet i brenselcellen. Nå har forskere i Kina utviklet en brenselcelle som bruker et nytt membranmateriale for å operere under alkaliske forhold, noe som eliminerer behovet for en dyr katalysator. Effekten til den nye prototypen, som bruker nikkel som katalysator, er fortsatt relativt lav, men den gir en første demonstrasjon av en potensielt mye rimeligere brenselcelle.





Kraftpolymer: En ny polymer, vist i pulverform på dette bildet, kan brukes til å lage stabile brenselcellemembraner som leder negativt ladede ioner.

Konvensjonelle brenselceller består av to elektroder belagt med en platinakatalysator som deler hydrogendrivstoff i sure hydrogenioner og elektroner. Elektrodene er atskilt av en polymermembran som leder sure hydrogenioner fra den ene siden til den andre, og skaper en ekstern elektrisk strøm. Den nye brenselcellen, utviklet av forskere ledet av Lin Zhuang , en professor i kjemi ved Wuhan University, i Wuhan, Kina, bruker en ny membran som leder alkaliske ioner kalt hydroksylgrupper. Alkaliske brenselceller fungerer ved å reagere hydrogen og oksygen for å lage hydroksylioner og vann, en reaksjon katalysert i Wuhan University brenselcelle av nikkelanoden. Hydroksylionene ledes over polymermembranen og genererer en ekstern elektrisk strøm.

De fleste forskere har vært fokusert på sure brenselceller fordi membraner som fungerer godt under slike forhold allerede er utviklet. En stabil hydroksylledende membran har vært elektrokjemiens hellige gral, sier Robert Savinell , professor i kjemiteknikk ved Case Western Reserve University, i Cleveland. En slik membran vil tillate forskere å bygge brenselceller og batterier som ikke krever edelmetallkatalysatorer, men som kan bruke billigere som nikkel.



Zhuangs polymer er sammenlignbar i struktur med den svært ledende polymeren Nafion som brukes i konvensjonelle sure brenselceller. Det kan vise seg å være rimeligere enn Nafion, som må forsterkes med fluorgrupper for å beskytte det mot sure forhold. Andre forskere jobber med å forbedre kraftuttaket og senke kostnadene for sure brenselceller ved å utvikle alternativer til Nafion, men disse cellene krever fortsatt dyre katalysatorer.

Zhuangs gruppe demonstrerte den nye membranen i en alkalisk brenselcelle som bruker en sølvkatode og en hydrogensplittende nikkelanode som katalysator. Nikkelkatalysatorene som ble brukt i tidligere utviklede alkaliske brenselceller var ikke veldig effektive fordi de raskt ble oksidert, så alkaliske brenselceller har brukt de samme platinakatalysatorene som deres sure motstykker. Wuhan-forskerne laget en anode belagt med nikkelnanopartikler dekorert med krom som er mer tolerant for oksidasjon enn tidligere nikkelkatalysatorer.

Effekten til den nye brenselcellen – omtrent 50 milliwatt per kvadratcentimeter ved 60 ºC – er beskjeden. Men som den første demonstrasjonen av en alkalisk brenselcelle som ikke krever dyre metallkatalysatorer, er det et viktig prinsippbevis, sier forskere. Brenselceller har en lang vei å gå når det gjelder effektivitet, langsiktig stabilitet og kostnader, sier Frank DiSalvo , professor i fysisk vitenskap ved Cornell University, i Ithaca, NY. Dette arbeidet forbedrer forskningsverktøysettet med materialer vi kan utforske for å se om vi kan levere brenselcelleeffektivitet, sier han.



Zhuang sier at han og gruppen hans jobber med å forbedre cellens effekt ved å justere katalysatoren og membranen ytterligere. De må også demonstrere cellens langsiktige stabilitet. Vi tror at katalysatorer med høyere aktivitet og lavere kostnad snart vil bli realisert, sier han.

gjemme seg