Napredak u tehnologiji gorivih ćelija
Kemičari na američkom univerzitetu Brown došli su do obećavajućeg napretka u razvoju tehnologije gorivih ćelija. Naime, najveće je ograničenje za praktičnu primjenu te tehnologije stvaranje katalizatora koji može učinkovito i dugotrajno raditi.
Mnogi istraživači zbog svojstava odabiru dragocjeni metal platinu, ali ona ima dva nedostatka. Skupa je i vremenom se lomi reakcijama u gorivoj ćeliji. Sada su istraživači na Brown University postigli napredak u razvoju te tehnologije. Napravili su jedinstvenu nanočesticu od jezgre i ljuske koja koristi daleko manje platine uz učinkovitiji rad i veću dugotrajnost nego komercijalno dostupni katalizatori od čiste platine koji se koriste na katodama. Kemijska reakcija redukcije kisika odvija se na katodi gorive ćelije, stvarajući vodu kao jedini otpad, umjesto ugljičnog dioksida koji stvaraju motori s unutrašnjim sagorijevanjem čime zagrijavaju atmosferu.
Na katodi se također gubi do 40% učinkovitosti gorive ćelije, pa je ovo „ključni korak prema proizvodnji gorivih ćelija koje su konkurentnije motorima s unutrašnjim sagorijevanjem i akumulatorima“, kazao je Shouheng Sun, profesor kemije na Brownu i suautor članka objavljenog u časopisu Journal of the American Chemical Society. Istraživački tim izradio je petnanometarsku paladijsku (Pd) jezgru koju su okružili ljuskom od željeza i platine (FePt). Najvažnije je, objašnjava diplomant i suautor članka Vismadeb Mazumder, da se ljuska oblikuje tako da zadrži svoj oblik i da joj je dovoljna najmanja količina platine da omogući učinkovitu reakciju. Tim je izradio ljusku od željeza i platine od željeznog pentakarbonila [Fe(CO)5] i reduciranjem platinskog acetilacetonata [Pt(acac)2]. Tu je tehniku Sun prvi puta opisao u članku objavljenom 2000. godine u časopisu Science. Rezultat reakcije je ljuska koja koristi samo 30% platine, iako istraživači očekuju da će moći izraditi tanju ljusku i koristiti još manje platine. Istraživači su po prvi puta pokazali da mogu proizvesti jedinstvene strukture od jezgre i ljuske.
U laboratorijskim testovima nanočestice od paladija i željeza-platine proizvodile su 12 puta više struje od usporedivih komercijalno dostupnih katalizatora od čiste platine. Proizvodnja je ostala jednaka i nakon više od 10 000 ciklusa što je najmanje deset puta dulje od komercijalno dostupnih katalizatora od čiste platine čije mogućnosti počnu opadati nakon 1000 ciklusa. Tim je izradio ljuske od željeza i platine čija se debljina kreće od jednog do tri nanometra. Prilikom testiranja utvrđeno je da se najbolji rezultati postižu s ljuskom od jednog nanometra. „To vrlo dobro pokazuje da se mogu izraditi katalizatori u polugramskim količinama u laboratoriju, da su aktivni i da traju“, kaže Mazumder.
„Idući korak je prenijeti ih do komercijalne uporabe, a siguran sam da ćemo to moći.“ Mazumder i Sun proučavaju zašto paladijska jezgra povećava katalitičke mogućnosti željeza-platine, a misle da to ima veze s prijenosom elektrona između jezgre i metala u ljusci. Sada nastoje za jezgru koristiti kemijski aktivnije metale od paladija da potvrde tezu o prijenosu elektrona između jezgre i ljuske i ustanoviti njegovu važnost za djelovanje katalizatora.
(znanostcom)