Sciencemag.cz
Doporučujeme
Ve vodíkových palivových článcích se v současnosti jako katalyzátor používá především platina, eventuálně jiné drahé kovy. Existují sice i tzv. alkalické palivové články s polymerní membránou, které se bez drahých kovů obejdou, nemají ale dostatečný výkon ani životnost.
Platina funguje jako katalyzátor pro obě reakce v článku (tj. oxidaci vodíku i redukci kyslíku) a dobře snáší zde panující kyselé prostředí. Héctor D. Abruña z Cornell University a jeho kolegové při snaze obejít se bez platiny museli vyřešit dva hlavní problémy: účinnost/rychlost samotné oxidace vodíku a trvanlivost článku, tj. aby nedocházelo k jeho pasivaci v důsledku tvorby oxidů kovů.
K překonání těchto problémů výzkumníci navrhli katalyzátor na bázi niklu, pokrytého ultratenkou (2 nm) vrstvou uhlíku dopovaného dusíkem. Takto funguje anoda, kde se oxiduje vodík. Katoda, kde dochází k redukci kyslíku, je z kobaltu a manganu (možnost dalšího zvýšení účinnosti redukce kyslíku nabízí využití nitridu kobaltu). Výsledný vodíkový palivový článek se pak obejde zcela bez vzácných kovů a poskytuje výkon více než 200 miliwattů na centimetr čtvereční.
Samotná niklová elektroda by v důsledku tvorby oxidů niklu rychle ztrácela účinnost, uhlíkový (grafenový) povlak dopovaný dusíkem ji ale chrání a udržuje potřebnou rychlost reakce/výkon článku. Elektroda je pak také mechanicky stabilnější a navíc mnohem odolnější vůči oxidu uhelnatému, který dokáže rychle otrávit platinový katalyzátor. Článek by tedy mohl být nejen levnější, ale nabízet i další výhody.
Yunfei Gao et al, A completely precious metal–free alkaline fuel cell with enhanced performance using a carbon-coated nickel anode, Proceedings of the National Academy of Sciences (2022). DOI: 10.1073/pnas.2119883119
Zdroj: Cornell University / Phys.org
