Платина слишком дорогая? Новый катализатор снижает стоимость топливных элементов

Имперский колледж Лондона разработал водородный топливный элемент, в котором используется катализатор из железа вместо редкой и дорогой платины, что снижает стоимость водородных топливных элементов. Эта технология позволяет широко использовать водородное топливо и в конечном итоге выведет мир на путь к нулевым выбросам за счет сокращения выбросов парниковых газов.

Водородные топливные элементы преобразуют водород в электричество, при этом единственным побочным продуктом является водяной пар, что делает их привлекательной «зеленой» альтернативой, особенно для автомобильной промышленности. Однако их широкому использованию отчасти препятствует стоимость одного из основных компонентов. Чтобы облегчить реакции, которые генерируют электричество, топливные элементы полагаются на катализаторы из платины, которые дороги и дефицитны.

Ведущий исследователь профессор Энтони Коусенак из химического факультета Imperial сказал: «В настоящее время около 60 процентов стоимости одного топливного элемента приходится на платиновые катализаторы. Чтобы топливные элементы стали действительно жизнеспособной альтернативой ископаемому топливу, нам необходимо затраты вниз».

Теперь европейская команда во главе с исследователями из Имперского колледжа Лондона создала катализатор, в котором используются только железо, углерод и азот, дешевый и легкодоступный материал, и показала, что его можно использовать для запуска топлива в батареях высокой мощности. Их выводы были опубликованы в журнале Nature Catalysis 25 числа.

В этом новом катализаторе все железо диспергировано в проводящей углеродной матрице в виде отдельных атомов. Все атомы в нем сгруппированы вместе, что делает его более реактивным. Эти свойства означают, что железо облегчает реакции, необходимые в топливных элементах, и является хорошим заменителем платины. В ходе лабораторных испытаний команда показала, что в реальной системе топливных элементов производительность одноатомного железного катализатора приближается к характеристикам катализаторов на основе платины.

Кроме того, метод, разработанный командой, также может быть применим к другим приложениям, помимо топливных элементов, таким как химические реакции, в которых в качестве реагентов используется атмосферный кислород, а не дорогие химические окислители, и очистка сточных вод, в которой воздух используется для удаления вредных загрязнителей.

Ведущий автор д-р Асад Махмуд из химического факультета Imperial сказал: «Мы разработали новый метод создания ряда «одноатомных» катализаторов, которые обеспечивают основу для нового диапазона химии и электрохимии. Этот процесс открывает новые возможности. В частности, мы использовали синтетический метод под названием «трансметаллирование», который позволяет избежать образования кластеров железа во время синтеза. Этот процесс может быть полезен другим ученым, стремящимся сделать подобные катализаторы полезными».