Коллектив ученых Южного федерального университета вместе с Институтом катализа Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральным исследовательским центром проблем химической физики и медицинской химии РАН разработал новый катализатор, который удваивает мощность топливных элементов. Об этом Науке Mail сообщили в пресс-службе ЮФУ.
Водородные и метанольные топливные элементы — одни из наиболее перспективных источников экологически чистой энергии. Принцип их работы основан на окислении водорода или метанола на аноде, в результате чего генерируются электроны — они создают ток во внешней цепи, и протоны. Однако широкое внедрению таких элементов ограничено ввиду недостатков.
Инновация решает ключевую проблему низкой скорости реакции окисления метанола и отравления платиновых катализаторов угарным газом (CO) — частой примеси в дешевом водороде. Синтез с использованием CO в качестве стабилизатора позволил оптимизировать структуру наночастиц и обеспечить максимальную доступность активных центров, на которых происходят реакции окисления.
Ключевые структурные особенности нового катализатора обусловили его превосходные электрохимические характеристики. Эффективность материала подтвердилась как в лабораторных условиях (трехэлектродная ячейка), так и в составе рабочего прототипа топливного элемента.
Особенностью нашего исследования была разработка универсального катализатора, одновременно эффективного не только в реакциях окисления водорода и метанола, но и монооксида углерода. В качестве такого материала был выбран PtRu/C катализатор, который, по данным различных исследований, является перспективным для эффективной реализации данных реакций. Мы разработали подход управления размером, размерной дисперсией и пространственным распределением биметаллических наночастиц PtRu, заключающийся в использовании газа СО в процессе синтеза в качестве стабилизатора растущих частиц. Подход позволил оптимизировать структуру катализатора таким образом, чтобы активные центры, на которых происходят реакции окисления, были максимально доступны для реагентов.
В испытаниях метанольного топливного элемента российская разработка показала двукратное превосходство по максимальной мощности над коммерческими импортными аналогами. Такие испытания, приближенные к реальным условиям — критически важный этап для перехода от фундаментального исследования к готовой технологии.
Универсальность и стабильность уникального катализатора открывают перспективы для широкого внедрения водородных и метанольных топливных элементов в промышленности. Ожидается, что вещество станет ключевым элементом нового поколения энергоустановок. Исследование опубликовано в журнале Journal of Power Sources.
Ранее Наука Mail писала о том, что томские ученые разработали катализатор для переработки парниковых газов в синтез-газ.
