Grafénre illesztett, egyetlen atom vastagságú platinaréteg lehet a kulcsa az új generációs, nagy hatékonyságú és költségtakarékos üzemanyagcelláknak, írja az Advanced Science News. Rengeteg szakértő osztja azt a véleményt, hogy az üzemanyagcellák egy fontos megoldást jelentenek a jelenlegi klímaváltozás által felgyorsult technológiai változásnak, amely segítségével megújuló erőforrás alapokra tudjuk majd a társadalmat helyezni, és amely által a jelenleg megoldhatatlannak tűnő kihívások, mint például a nagy távolságú teherszállítás is szénmentesíthetővé válik majd.
A mostani üzemanyagcella technológiák egyik legnagyobb hátulütője a magas előállítási költség, ami főként a katódon használt platina mennyiségéhez köthető (az alacsony egységszámú termelés kézi manufaktúra jellege mellett, a szerk.). Számos kutatás irányul arra, hogy a platinát kiváltsák valamilyen más, olcsóbb megoldással, miközben az platina alapú üzemanyagcella hatékonyságát és teljesítményét megtartsák.
Az üzemanyagcellák olyan szerkezetek, amelyekben (nagyon általánosan fogalmazva) az üzemanyagban levő kémiai potenciált alakítjuk át elektromos energiává. Minden üzemanyagcella hasonlóan épül fel, két elektróda (az anód és katód) között egy elektrolit oldat található, de az üzemanyagtól függően nagyon különböző reakció játszódik le bennük.
A mai napig nem sikerült olyan üzemanyagcellát kifejleszteni, amely platina mentesen képes elérni ugyanazt a magas teljesítményt és tartósságot, amelyet a platinát tartalmazó típusok képesek. Az eddig kifejlesztett cellák esetében a platina (legjobb esetben) nano-részecskékként van jelen egy hordozó anyag felületén. Ekkor azonban, a platina részecskék geometriájától függően, csak a nano-részecskék felületi atomjai vesznek részt a kémiai reakciókban, a részecskék belsejében található atomok nem, vagy csak alig (a reakció mechanizmustól függően).
A Georgia Institute of Technology kutatói most több olyan prototípusról közöltek tudományos cikket, amelyekben egy atom vastagságú platina található egy grafén rétegen. Ezzel a megoldással sikerült a reakció számára elérhető platina felületét a lehető legnagyobbá tenni, miközben a felhasznált platina mennyiségét a lehető legalacsonyabb értéken tudták tartani.
Ahhoz, hogy ténylegesen csak atom vastagságú fémrétegeket készítsenek, a kutatók az úgynevezett elektrokémiai atomréteg depozíció eljárást alkalmazták. Ezzel a technológiával a grafén tetején egy, két vagy három atom vastagságú réteget lehet előállítani. A legmeglepőbb a kísérleti eredmények között az volt, hogy az ilyen rendszerekben a platina atomok közötti kölcsönhatás nagyjából egyenlő volt a platina-szén atomok közöttiével, vagyis az, hogy a szén atomokból álló grafén nagymértékben stabilizálni tudta az amúgy nagyon instabil vékony fémréteget.
A vékony, néhány atom vastagságú fémrétegek rendszerint gyorsan felbomlanak és a felületi feszültség hatásához hasonlóan a fématomok néhány száz vagy ezer atomból álló nanorészecskévé alakulnak át már szobahőmérsékleten is. A grafén viszont egy olyan stabil kétdimenziós struktúra, amelynek nincs meg ez a késztetése a szén atomok közötti kétdimenziós kötésrendszernek köszönhetően. Az ilyen hordozóra felvitt platina atomokat a grafén stabilizálta annyira, hogy a fém rétegre jellemző "összeolvadást" meg tudta akadályozni, és a pár atom vastagságú réteg megmaradt.
Előző grafén-platina kísérletek már bizonyították, hogy az így készített platina réteg hasonlóan viselkedik kémiai szempontból a platina fémhez vagy platina nano-részecskékhez képest. A mostani kísérletek arra is fényt derítettek, hogy nemcsak a platina kémiai aktivitását lehet így megtartani, de stabilitását is. Vagyis majdnem atomi szinten lehet a platina reakcióképességét kihasználni tartósan, ami jelentős megtakarításhoz vezethet a fajlagos nemesfém szükséglet terén.
A kutatócsoport további tesztek végrehajtását tervezi, amelyek során nem csak a reakcióképességet és tartósságok vizsgálják majd, hanem azt is, hogyan lehet a grafén tulajdonságának változtatásával a platina reaktivitását is befolyásolni. Ezzel nemcsak az üzemanyagcellákhoz szükséges technológiai fejlődést, de valószínűleg új katalitikus eljárásokat is kifejleszthetnek a jövőben.
A bejegyzés trackback címe:
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.