211service.com
Platinafri bränslecell
Bränsleceller är i princip det mest effektiva sättet att omvandla vätebränsle till el. Men de kräver dyra katalysatorer som platina för att dela väte till joner och elektrisk ström. Billigare metaller tål helt enkelt inte den hårda sura miljön i bränslecellen. Nu har forskare i Kina utvecklat en bränslecell som använder ett nytt membranmaterial för att fungera i alkaliska förhållanden, vilket eliminerar behovet av en dyr katalysator. Effekten av den nya prototypen, som använder nickel som katalysator, är fortfarande relativt låg, men den ger en första demonstration av en potentiellt mycket billigare bränslecell.
Power polymer: En ny polymer, som visas i pulverform på detta foto, kan användas för att göra stabila bränslecellmembran som leder negativt laddade joner.
Konventionella bränsleceller består av två elektroder belagda med en platinakatalysator som delar vätebränsle i sura vätejoner och elektroner. Elektroderna är åtskilda av ett polymermembran som leder sura vätejoner från ena sidan till den andra, vilket skapar en extern elektrisk ström. Den nya bränslecellen, utvecklad av forskare under ledning av Lin Zhuang , en professor i kemi vid Wuhan University, i Wuhan, Kina, använder ett nytt membran som leder alkaliska joner som kallas hydroxylgrupper. Alkaliska bränsleceller fungerar genom att reagera väte och syre för att skapa hydroxyljoner och vatten, en reaktion som katalyseras i Wuhan Universitys bränslecell av nickelanoden. Hydroxyljonerna leds över polymermembranet och genererar en extern elektrisk ström.
De flesta forskare har fokuserat på sura bränsleceller eftersom membran som fungerar bra under sådana förhållanden redan har utvecklats. Ett stabilt hydroxylledande membran har varit elektrokemins heliga gral, säger Robert Savinell , professor i kemiteknik vid Case Western Reserve University, i Cleveland. Ett sådant membran skulle tillåta forskare att bygga bränsleceller och batterier som inte kräver ädelmetallkatalysatorer men som kan använda billigare som nickel.
Zhuangs polymer är jämförbar i struktur med den mycket ledande polymeren Nafion som används i konventionella sura bränsleceller. Det kan visa sig vara billigare än Nafion, som måste förstärkas med fluorgrupper för att skydda det från sura förhållanden. Andra forskare arbetar med att förbättra effektuttaget och sänka kostnaderna för sura bränsleceller genom att utveckla alternativ till Nafion, men dessa celler kräver fortfarande dyra katalysatorer.
Zhuangs grupp demonstrerade det nya membranet i en alkalisk bränslecell som använder en silverkatod och en vätedelande nickelanod som katalysator. Nickelkatalysatorerna som användes i tidigare utvecklade alkaliska bränsleceller var inte särskilt effektiva eftersom de snabbt oxiderades, så alkaliska bränsleceller har använt samma platinakatalysatorer som sina sura motsvarigheter. Wuhan-forskarna skapade en anod belagd med nickelnanopartiklar dekorerade med krom som är mer tolerant mot oxidation än tidigare nickelkatalysatorer.
Effekten från den nya bränslecellen – cirka 50 milliwatt per kvadratcentimeter vid 60 ºC – är blygsam. Men som den första demonstrationen av en alkalisk bränslecell som inte kräver dyra metallkatalysatorer, är det ett viktigt principbevis, säger forskare. Bränsleceller har en lång väg att gå när det gäller effektivitet, långsiktig stabilitet och kostnad, säger Frank DiSalvo , professor i fysisk vetenskap vid Cornell University, i Ithaca, NY. Detta arbete förbättrar forskningsverktygssatsen av material som vi kan utforska för att se om vi kan leverera på bränslecellseffektivitet, säger han.
Zhuang säger att han och hans grupp arbetar med att förbättra cellens effekt genom att ytterligare ställa in katalysatorn och membranet. De måste också visa cellens långsiktiga stabilitet. Vi tror att katalysatorer med högre aktivitet och lägre kostnad snart kommer att realiseras, säger han.