Разработан стойкий катализатор для топливных элементов

Одним из важных затруднений, препятствующих внедрению водородных топливных элементов в автомобилестроение, является их высокая стоимость. А она зависит от стоимости применяемого в них катализатора — без него реакция соединения водорода с кислородом при комнатной температуре не идет.

В составах катализатора традиционно используется платина — металл, не самый редкий на Земле, но очень дорогой. Попытки заменить ее чем-то попроще уже много лет упираются в то, что сплавные катализаторы, состоящие из нескольких веществ, недолговечны. Оказавшись в топливном элементе они быстро деградируют, теряя эффективность.

Исследователи из Университета Брауна разработали новый сплавный катализатор, который как снижает использование платины, так и хорошо выдерживает испытания на топливных элементах. Как показали испытания, итоги которых описаны в журнале Joule, катализатор, изготовленный из наночастиц из сплава платины с кобальтом, достаточно реактивен и при этом долговечен.

Изобретенный учеными материал представляет собой гранулы нанометрового размера. Наружный слой каждой гранулы состоит из чистой платины. Под ним идут чередующиеся слои платины и кобальта атомарной толщины.

Получившийся "пирог", несмотря на микроскопические размеры своих гранул вполне продуктивен.

Тестирование показало, что катализатор превосходит цели, установленные Министерством энергетики США как для начальной активности, так и для долговечности. Министерство предложило исследователям разработать катализатор с начальной активностью 0,44 ампер на миллиграмм платины к 2020 году и активностью по меньшей мере 0,26 ампер на миллиграмм после 30 000 циклов напряжения (примерно эквивалентная пятилетнему использованию в топливном элементе). Испытание нового катализатора показало, что он имел начальную активность 0,56 ампер на миллиграмм и активность после 30 000 циклов 0,45 ампер.

"Долговечность сплавных катализаторов является большой проблемой", — говорит Джунруи Ли, аспирант по химии в Брауне и ведущий автор исследования. "Было показано, что сплавы изначально лучше, чем чистая платина, но в условиях внутри топливного элемента недрагоценная металлическая часть катализатора окисляется и вымывается очень быстро".

Популярная механика