Forskargruppen samarbetar nu med Toyota Motor Corp. för att utveckla bränslecellskatalysatorer med möjliga verkliga tillämpningar. (Bild: Toyota vätgasbränslecellskonceptfordon, 2019.) . Kredit: Unsplash/Darren Halstead
En studie ledd av UCLA-forskare kan hjälpa till att påskynda användningen av väte som en miljövänlig energikälla i transporter och andra tillämpningar.
Teamet utvecklade en metod för att förutsäga platinalegeringars styrka och stabilitet – två nyckelindikatorer på hur de kommer att fungera som katalysatorer i vätebränsleceller. Sedan, med den tekniken, designade och producerade de en legering som gav utmärkta resultat under förhållanden som närmar sig verklig användning. Resultaten publiceras i tidskriften Naturkatalys.
“För vår planets hållbarhet kan vi inte fortsätta leva som vi gör, och att återuppfinna energi är ett viktigt sätt att förändra vår väg”, säger motsvarande författare Yu Huang, professor i materialvetenskap och ingenjörsvetenskap vid UCLA Samueli School of Engineering och medlem av California NanoSystems Institute vid UCLA. “Vi har bränslecellsbilar, men vi måste göra dem billigare. I den här studien kom vi fram till ett tillvägagångssätt för att tillåta forskare att identifiera rätt katalysatorer mycket snabbare.”
Bränsleceller genererar kraft med hjälp av syre från atmosfären och väte. Ett nyckelsteg i processen är att använda en katalysator för att bryta bindningarna mellan par av syreatomer. De katalysatorer som fungerar bäst är mycket aktiva, för att driva reaktionen, samtidigt som de är tillräckligt stabila för att användas under långa tidsperioder. Och för dem som designar bränsleceller har det varit en stor utmaning att hitta de bästa katalysatorerna.
Platina är det bästa elementet för ändamålet, men dess sällsynthet gör tekniken oöverkomligt dyr för storskalig användning. En legering som kombinerar platina med en mer lättillgänglig metall eller metaller skulle minska kostnaderna, men det har aldrig funnits en praktisk, verklig metod för att snabbt screena vilken legering som skulle vara den bästa katalysatorn.
Som ett resultat har framsteg inom tekniken kommit genom försök och misstag hittills.
“Detta är ett avgörande steg framåt mot den rationella designen, ner till mikroskopisk skala, av katalysatorer med optimal prestanda”, säger Alessandro Fortunelli från Italiens nationella forskningsråd, en medförfattare till artikeln. “Ingen har någonsin kommit på en metod, varken teoretisk eller experimentell, för att förutsäga stabiliteten hos platinalegeringskatalysatorer.”
Den nya metoden förutsäger både styrkan och stabiliteten hos platinalegeringskatalysatorer. Den utvecklades med en kombination av experiment, komplex beräkning och röntgenspektroskopi, vilket gjorde det möjligt för utredarna att exakt identifiera kemiska egenskaper.
Forskarna skapade sedan katalysatorer som kombinerade exakta mängder platina, nickel och kobolt i en specifik atomstruktur och konfiguration baserat på deras experimentella mått. De visade att legeringen de designade är både mycket aktiv och mycket stabil, en sällsynt men välbehövlig kombination för bränslecellskatalysatorer.
Huang sa att metoden skulle kunna tillämpas på potentiella katalysatorer som blandar platina med en undergrupp av metaller utöver nickel och kobolt.
Tidningens andra motsvarande författare är kemisten Qingying Jia från Northeastern University och teoretikern William Goddard från Caltech. Huang, vars UCLA-laboratorium var primärt ansvarig för att designa och testa katalysatorn, sa att samarbetet med forskare och ingenjörer vid andra institutioner var avgörande för studiens framgång.
“Om någon av dessa partner saknas skulle det här arbetet vara omöjligt,” sa hon. ”För ett långsiktigt, nyfikenhetsdrivet samarbete som det här är det viktigaste att ha rätt personer. Varenda en av oss var fokuserad på att gräva djupt och försöka lista ut vad som händer. Det hjälpte också att det här var ett roligt team att arbeta med.”
Utveckling av höghållfast enatomisk katalysator med industriell luftfuktare
Mer information:
Jin Huang et al, Experimentell Sabatier-plot för prediktiv design av aktiva och stabila Pt-legeringssyrereduktionskatalysatorer, Naturkatalys (2022). DOI: 10.1038/s41929-022-00797-0 Tillhandahålls av University of California, Los Angeles
Citat:Möjligt steg mot billigare vätebaserad energi: Förutsäga prestanda för katalysatorer i bränsleceller (2022, 22 juli) hämtad 22 juli 2022 från https://techxplore.com/news/2022-07-cheaper-hydrogen-based-energy-catalysts -bränsle.html
Detta dokument är föremål för upphovsrätt. Bortsett från all rättvis handel i syfte att privata studier eller forskning, får ingen del reproduceras utan skriftligt tillstånd. Innehållet tillhandahålls endast i informationssyfte.
Håll kontakten med oss på sociala medieplattformar för omedelbar uppdatering klicka här för att gå med i vår Twitter och Facebook
