Имперские исследователи разработали водородный топливный элемент, в котором вместо редкой и дорогой платины используется железо, что позволяет более широко использовать эту технологию.
Водородные топливные элементы преобразуют водород в электричество с водяным паром в качестве единственного побочного продукта, что делает их привлекательной экологичной альтернативой портативным источникам энергии, особенно для транспортных средств.
Однако их широкому использованию частично препятствует стоимость одного из основных компонентов. Чтобы облегчить реакцию, в результате которой вырабатывается электричество, в топливных элементах используется катализатор из платины, которая дорога и дефицитна.
Ведущий исследователь профессор Энтони Куцернак с химического факультета Imperial сказал: «В настоящее время около 60% стоимости одного топливного элемента приходится на платину для катализатора. Сделать топливные элементы реальной жизнеспособной альтернативой например, для транспортных средств, работающих на ископаемом топливе, нам нужно снизить эту стоимость.
«Наша более дешевая конструкция катализатора должна сделать это реальностью и позволить развертывание значительно большего количества систем возобновляемой энергии, использующих водород в качестве топлива, что в конечном итоге сократит выбросы парниковых газов и поставит мир на путь к нулевым выбросам».
Инновация команды заключалась в создании катализатора, в котором все железо было рассеяно в виде отдельных атомов в электропроводящей углеродной матрице. Одноатомное железо имеет другие химические свойства, чем массивное железо, где все атомы сгруппированы вместе, что делает его более реакционноспособным.
Эти свойства означают, что железо ускоряет реакции, необходимые в топливном элементе, действуя как хороший заменитель платины. В ходе лабораторных испытаний команда показала, что катализатор на основе одного атома железа по производительности приближается к катализаторам на основе платины в реальной системе топливных элементов.
Помимо производства более дешевого катализатора для топливных элементов, метод, разработанный командой, может быть адаптирован для других катализаторов для других процессов, таких как химические реакции с использованием атмосферного кислорода в качестве реагента вместо дорогих химических окислителей, и при очистке сточных вод с использованием воздуха для удаления вредных примесей.
Первый автор доктор Асад Мехмуд из химического факультета Imperial сказал: «Мы разработали новый подход к созданию ряда «одноатомных» катализаторов, которые дают возможность использовать ряд новых химических и электрохимические процессы. В частности, мы использовали уникальный синтетический метод, называемый трансметаллированием, чтобы избежать образования кластеров железа во время синтеза. Этот процесс должен быть полезен для других ученых, желающих приготовить аналогичный тип катализатора».
Команда сотрудничала с британским производителем катализаторов для топливных элементов Johnson Matthey, чтобы протестировать катализатор в соответствующих системах и надеется расширить масштабы своего нового катализатора, чтобы его можно было использовать в коммерческих топливных элементах. В то же время они работают над повышением стабильности катализатора, чтобы он соответствовал платине как по долговечности, так и по производительности.