211service.com
Platinavrije brandstofcel
Brandstofcellen zijn in principe de meest efficiënte manier om waterstofbrandstof om te zetten in elektriciteit. Maar ze vereisen dure katalysatoren zoals platina om waterstof te splitsen in ionen en elektrische stroom. Goedkopere metalen zijn simpelweg niet bestand tegen de barre, zure omgeving van de brandstofcel. Nu hebben onderzoekers in China een brandstofcel ontwikkeld die een nieuw membraanmateriaal gebruikt om in alkalische omstandigheden te werken, waardoor een dure katalysator overbodig is. Het vermogen van het nieuwe prototype, dat nikkel als katalysator gebruikt, is nog relatief laag, maar het geeft een eerste demonstratie van een potentieel veel goedkopere brandstofcel.
Kracht polymeer: Een nieuw polymeer, in poedervorm weergegeven op deze foto, kan worden gebruikt om stabiele brandstofcelmembranen te maken die negatief geladen ionen geleiden.
Conventionele brandstofcellen bestaan uit twee elektroden die zijn gecoat met een platinakatalysator die waterstofbrandstof splitst in zure waterstofionen en elektronen. De elektroden zijn gescheiden door een polymeermembraan dat zure waterstofionen van de ene naar de andere kant geleidt, waardoor een externe elektrische stroom ontstaat. De nieuwe brandstofcel, ontwikkeld door onderzoekers onder leiding van Lin Zhuang , een professor in de chemie aan de Wuhan University in Wuhan, China, gebruikt een nieuw membraan dat alkalische ionen geleidt, hydroxylgroepen genaamd. Alkalische brandstofcellen werken door waterstof en zuurstof te laten reageren om hydroxylionen en water te creëren, een reactie die in de brandstofcel van de Wuhan University wordt gekatalyseerd door de nikkelanode. De hydroxylionen worden door het polymeermembraan geleid en genereren een externe elektrische stroom.
De meeste onderzoekers hebben zich gericht op zure brandstofcellen omdat er al membranen zijn ontwikkeld die goed werken onder dergelijke omstandigheden. Een stabiel hydroxylgeleidend membraan is de heilige graal van de elektrochemie geweest, zegt Robert Savinell , een professor in chemische technologie aan de Case Western Reserve University, in Cleveland. Zo'n membraan zou onderzoekers in staat stellen brandstofcellen en batterijen te bouwen die geen edelmetaalkatalysatoren nodig hebben, maar goedkopere katalysatoren zoals nikkel kunnen gebruiken.
Het polymeer van Zhuang is qua structuur vergelijkbaar met het sterk geleidende polymeer Nafion dat wordt gebruikt in conventionele zure brandstofcellen. Het kan goedkoper blijken te zijn dan Nafion, dat moet worden versterkt met fluorgroepen om het te beschermen tegen zure omstandigheden. Andere onderzoekers werken aan het verbeteren van het vermogen en het verlagen van de kosten van zure brandstofcellen door alternatieven voor Nafion te ontwikkelen, maar deze cellen hebben nog steeds dure katalysatoren nodig.
De groep van Zhuang demonstreerde het nieuwe membraan in een alkalische brandstofcel die een zilverkathode en een waterstofsplitsende nikkelanode als katalysator gebruikt. De nikkelkatalysatoren die in eerder ontwikkelde alkalische brandstofcellen werden gebruikt, waren niet erg efficiënt omdat ze snel geoxideerd werden, dus hebben alkalische brandstofcellen dezelfde platinakatalysatoren gebruikt als hun zure tegenhangers. De Wuhan-onderzoekers hebben een anode gemaakt die is bekleed met nikkel-nanodeeltjes versierd met chroom die beter bestand is tegen oxidatie dan eerdere nikkelkatalysatoren.
Het vermogen van de nieuwe brandstofcel - zo'n 50 milliwatt per vierkante centimeter bij 60 ºC - is bescheiden. Maar als de eerste demonstratie van een alkalische brandstofcel waarvoor geen dure metaalkatalysatoren nodig zijn, is het een belangrijk bewijs van het principe, zeggen onderzoekers. Brandstofcellen hebben nog een lange weg te gaan in termen van efficiëntie, stabiliteit op lange termijn en kosten, zegt Frank DiSalvo , een professor in de natuurwetenschappen aan de Cornell University, in Ithaca, NY. Dit werk verbetert de onderzoekstoolkit van materialen die we kunnen verkennen om te zien of we de efficiëntie van brandstofcellen kunnen waarmaken, zegt hij.
Zhuang zegt dat hij en zijn groep werken aan het verbeteren van het vermogen van de cel door de katalysator en het membraan verder af te stemmen. Ze zullen ook de stabiliteit van de cel op lange termijn moeten aantonen. We denken dat katalysatoren met een hogere activiteit en lagere kosten snel zullen worden gerealiseerd, zegt hij.