Energia és mobilitás zöld szemszögből

A szelén lehet a platina alapú üzemanyagcellák kulcsa

2019. szeptember 16. • írta: ZöldEnergia

A platinát régóta használják katalizátorként, hogy ipari szintű oxidációs vagy redukciós folyamatokat felgyorsítsanak. Nano-méteres platina részecskéket tartalmazó membránok az alapjai az üzemanyagcellák működésének is. A platina magas ára viszont még most is akadálya annak, hogy az üzemanyagcellás energiaellátás és az ezen alapuló elektromos gépjárművek szélesebb körben elterjedjenek.

A Georgia Technológia Központ honlapján közölt hír szerint az intézet kutatói egy új, platinán alapuló katalitikus rendszert fejlesztettek ki, amely a hagyományos megoldásokhoz képest sokkal tartósabb és várhatóan sokkal hosszabb ideig marad érdemlegesen működőképes. Ez az új rendszer hosszú távon hozzájárulhat az üzemanyagcellák költségeinek jelentős csökkenéséhez.

Az ACS Nano Letters tudományos folyóiratban megjelent cikkben a szerzők egy új módját írták le annak, hogyan lehet a nano-méretű platina részecskék összeolvadását jelentős mértékben megakadályozni szén alapú hordozókon. Ez a folyamat a felelős a fajlagos platina felület csökkenéséért, és a rendszer katalitikus aktivitásának lassú elvesztését okozza.

Az új szintézis eljárás, amivel a nano-részecskék összeolvadását tudják megakadályozni, lényege az, hogy szelént adnak kis mennyiségben a szénhez, ami aztán "horgonyként" rögzíti a platina részecskéket a szén felületéhez.


Forrás: ACS Publications

A meglévő elfogadott elméletek és a jelenlegi gyakorlat szerint ahhoz, hogy a részecskék összeolvadását megakadályozzuk, a leghatásosabb megoldás egyszerűen arra támaszkodik, hogy a lehető legegyformább részecskéket állítjuk elő a gyártás során. Az egyformaságnak (uniformitás) köszönhetően a részecskék közötti méretkülönbségből eredendő kémiai instabilitása viszonylag kicsi, aminek következtében az összeolvadás is lassú (de sajnos hosszú távon nem elkerülhető). A nagymértékű uniformitás mellett, vagy sokszor ahelyett, stabilitás növelhető úgy is, hogy sokkal erősebb kölcsönhatást alakítunk ki a nano-részecskék és a hordozó között. Ennek azonban rendszerint az az ára, hogy a platina aktivitása jelentősen lecsökken, vagy akár lényegében meg is szűnik.

A cikkben leírt új szintézis viszont úgy alakít ki egy erős kölcsönhatást a platina nano-részecskék és a szén alapú hordozó között, hogy eközben a platina aktivitását, ami a nagyobb tényleges fémfelület jelentéséből fakad, nem csökkenti, sőt azonos platina tartalom mellett azt még növelni is tudja.

A szintézis viszonylag egyszerű, ami az ipari szintű alkalmazás kulcsa is lehet majd. A szelént magas hőmérsékleten néhány atomnyi rétegben "ráolvasztják" a szén hordozóra. Ezt a minimális szelént tartalmazó anyagot aztán egy megfelelő platina sóból készített oldattal bevonják és — szárítás után — redukálják, hogy a fém platina részecskéket kapjanak.

A platina és szelén közötti kötés hatására a platina atomok stabilan "lehorgonyozhatók" a szén hordozó felületén, még redukált állapotban is. Az így kapott katalizátor aztán nem csak nagyon aktívnak, hanem meglepően tartósnak is bizonyult.

A mostani, ipari szinten előállított platina alapú katalizátorokkal szemben a frissen elkészített, szelénnel stabilizált rendszer három és félszer magasabb aktivitást mutatott az ugyancsak frissen redukált ipari változattal szemben. Ezután a kutatók hosszú távú használatot utánzó "fárasztási" tesztet hajtottak végre mindkét mintán. Az új rendszer megtartotta a három és félszeres előnyét még 20000 elektropotenciális ciklus után is.

Elektronmikroszkópos felvételek segítségével nyomon lehetett követni a fárasztási teszt során bekövetkező változásokat. Az eredmények szerint a szelénnek kulcsszerepe van abban, hogy a platina részecskék a helyükön maradjanak, vagyis, hogy a katalizátor aktivitása ne csökkenjen drasztikusan. A hagyományos, csak platinát tartalmazó rendszerekhez képest a szelénnel stabilizált szénfelületen sem a platina részecskék összeolvadása, sem azoknak a felületről való leválása nem jelentős mértékű, még a 20000 ciklus után sem.

Az üzemanyagcellák ipari alkalmazásának egyik komoly gátja a cellákhoz felhasznált platina mennyisége (és ára). Az új eredmények alapján kevesebb platinát lehet majd érdemleges felhasználni az üzemanyagcellák gyártásakor, hiszen mind a kezdeti aktivitási és a hosszútávú stabilitási mérőszámokat könnyebb lesz elérni, ami várhatóan jelentősen előremozdítja majd az ilyen alapú elektromos járművek várható térnyerését. 

Szólj hozzá!

A bejegyzés trackback címe:

https://zoldenergia.blog.hu/api/trackback/id/tr1915074996

Kommentek:

A hozzászólások a vonatkozó jogszabályok  értelmében felhasználói tartalomnak minősülnek, értük a szolgáltatás technikai  üzemeltetője semmilyen felelősséget nem vállal, azokat nem ellenőrzi. Kifogás esetén forduljon a blog szerkesztőjéhez. Részletek a  Felhasználási feltételekben és az adatvédelmi tájékoztatóban.

Nincsenek hozzászólások.