|
Автомобильные топливные элементы могли бы произвести революцию в
сфере личного автотранспорта, но для этого ученым нужно найти способ
сэкономить на платине, самом дорогом компоненте топливных элементов.
Ученые из Брукхейвенской лаборатории Министерства энергетики США
разработали новый вид электрокатализатора, который использует только
один слой платины и сводит к минимуму его износ при сохранении высоких
уровней химической активности в ходе испытаний, которые имитируют езду с
постоянными остановками (как в пробках, например). Новый катализатор
может значительно повысить практичность топливных элементов, а принцип,
по которому он создан, также может применяться для повышения
эффективности других металлических катализаторов.
Вновь разработанный катализатор состоит из одного слоя платины,
нанесенного на палладиевое (или палладий-золотое) ядро из наночастиц.
Изучение структуры и работы этого катализатора, по сравнению с
платино-углеродными катализаторами, которые широко применяются в
настоящее время, показывают, что палладиевая основа защищает тонкий слой
платины, что значительно продлевает срок службы катализатора и
увеличивает его устойчивость к экстремальным нагрузкам.
В обычных топливных элементах цикл окисления и восстановления,
вызываемый изменениями напряжения, которые возникают во время вождения с
постоянными остановками, повреждает платину. Со временем она
растворяется, вызывая необратимые повреждения топливных элементах.
В новом катализаторе в этих реакциях окисления и восстановления
палладиевая основа является более химически активной, чем платина. Тесты
на стабильность, имитирующие работу автомобильного топливного
элемента, показали, что после 100 тыс. циклов изменения напряжения
эффективность катализатора из монослоя платины и катализатора палладия
снизилась только на 37%. Опираясь на более ранние исследования, которые
показали, что небольшое количество золота может увеличить
каталитическую активность, ученые также разработали еще один тип
катализатора из монослоя платины с ядром из сплава палладий-золото.
Второй тип катализатора при сохранении всех лучших качеств первого
продемонстрировал еще больший срок службы: после 200 тыс. циклов
изменения напряжения он сохранил почти 70% эффективности. Современные
платина-углеродные катализаторы теряют около 70% эффективности после
гораздо меньшего количества циклов.
Большой срок службы откроет топливным элементам дорогу в промышленное
производство. Новый катализатор превышает характеристики, указанные в
программе Министерства энергетики США на 2010-2015 годы, и может быть
использован в автомобильной промышленности.
Кроме того, для топливных элементов с новым катализатором потребуется
всего около 10 граммов платины и менее 20 граммов палладия на один
автомобиль. В настоящее время в каталитических устройствах, которые
уменьшают токсичность выхлопных газов автомобиля, используется от 5 до
10 граммов платины. Поскольку топливные ячейки не выделяют никаких
токсичных веществ, их внедрение не потребует дополнительных ресурсов
драгоценного металла.
Cnews.ru
|
