Stop-and-go kørsel kan bære på nerverne, men det virkelig gør et nummer på den kostbare platin, der driver reaktioner i biler brændselsceller.
Før store flåder af brændstof-celle-drevne køretøjer kan ramme vejen, vil forskerne nødt til at finde en måde at beskytte platin, den dyreste komponent i brændselscelle-teknologi, og at reducere mængden nødvendige for at gøre katalytisk aktive elektroder.
Nu har forskere ved det amerikanske Department of Energy (DOE) Brookhaven National Laboratory udviklet en ny electrocatalyst, der bruger et enkelt lag af platin og minimerer dets slid og ælde og samtidig opretholde høje niveauer af reaktivitet under prøverne, der efterligner stop-and-go kørsel. Forskningen - beskrevet online i Angewandte Chemie International Edition, og identificeret af tidsskriftet som en "meget vigtig papir" - kan i høj grad øge den praktiske gennemførlighed af brændselscelle-køretøjer og kan også anvendes for at forbedre resultatet af andre metalliske katalysatorer.
Den nydesignede katalysatorer består af et enkelt lag af platin i løbet af en palladium (eller palladium-guld legering) nanopartikel kerne. Deres strukturelle karakterisering blev udført ved Brookhaven 's Center for Funktionelt Nanomaterialer og National Synchrotronbestrålingscenter lyskilde.
"Vores undersøgelser af struktur og aktivitet i denne katalysator - og sammenligninger med platin-carbon katalysatorer øjeblikket i brug - illustrere, at palladium kerne" beskytter "de fine lag af platin omkring partikler, der gør det muligt at opretholde reaktivitet for en meget længere periode af tid, "forklarede Brookhaven Lab kemiker Radoslav Adzic, der leder forskerholdet.
I konventionelle brændselscelle-katalysatorer, oxidation og reduktion cykling -. Udløst af ændringer i spænding, der opstår under stop-and-go kørsel - skader platin Over tid, opløser platin, der forårsager uoprettelige skader på brændselscellen.
I den nye katalysator, er palladium fra kernen mere reaktive end platin i disse oxidation og reduktion reaktioner. Holdbarhedsforsoeg simulerer brændselscelle spænding cykling afsløret, at efter 100.000 potentielle cyklusser, havde en betydelig mængde af palladium er blevet oxideret, opløst, og migrerede væk fra katoden. I membranen mellem katoden og anoden, var de opløste palladium ioner reduceret med brint sprede fra anoden til at danne et "band" eller prikker.
I modsætning hertil var platin næsten upåvirket, bortset fra en lille sammentrækning af platin éncellelag. "Denne sammentrækning af platin gitter gør den katalysator mere aktive og stabiliteten af de partikler stiger," Adzic sagt.
Reaktivitet af platin éncellelag / palladium core katalysator også stadig meget høj. Det blev reduceret med blot 37 procent efter 100.000 cyklusser.
På baggrund af tidligere arbejde, som illustrerede, hvordan små mængder af guld kan forbedre katalytisk aktivitet, forskerne også udviklet en form for platin éncellelag katalysator med en palladium-guld legering kerne. Tilføjelsen af guld yderligere øget stabiliteten i electrocatalyst, som beholdt næsten 70 procent af reaktivitet efter 200.000 cyklusser af test.
"Dette indikerer den fremragende holdbarhed af denne electrocatalyst, især når man sammenligner med enklere platin-carbon katalysatorer, som mister næsten 70 procent af deres reaktivitet efter meget kortere cykle gange. Dette niveau af aktivitet og stabilitet viser, at dette er en praktisk katalysator. Det overstiger den målsætning, som DOE for 2010-2015, og det kan bruges til anvendelse i bilindustrien, "Adzic sagt.
Han bemærkede, at brændselsceller lavet ved brug af nye katalysator ville kræve kun omkring 10 gram platin pr bil - og mindre end 20 gram af palladium. I øjeblikket er i katalysatorer anvendes til behandling af udstødningsgasser, 5 til 10 gram platin anvendes. Da brændstof-celle-drevne biler ville udlede nogen udstødningsgassen, ville der ikke være behov for en sådan katalysatorer, og derfor ikke nettostigning i den anvendte mængde platin.
"Ud over at udvikle electrocatalysts til biler brændselscelle applikationer, viser disse resultater den brede anvendelighed af platin éncellelag katalysatorer og muligheden for at udvide dette koncept til katalysatorer baseret på andre ædle metaller," Adzic sagt.
Kilde: http://www.bnl.gov/