Новый катализатор на основе железа может сделать водородные топливные элементы более доступными

Одной из главных причин, по которой топливные элементы не получили до сих пор широкого коммерческого использования во многих приложениях, является то обстоятельство, что для их эффективного функционирования требуются дорогие катализаторы. Их высокая стоимость обусловлена обязательным наличием в составе металлов платиновой группы, и хотя эти металлы эффективны и долговечны, они невероятно дороги.

Потенциально область применения водородных топливных элементов чрезвычайно широка, и на протяжении десятилетий ученые искали катализатор, который значительно удешевит их производство. Новое исследование, проведенное Университетом в Буффало, показывает, что ученые как никогда близки к достижению этой цели.

В исследовании, опубликованном в Nature Energy, ученые описывают, как железо может быть объединено с азотом и углеродом для получения катализатора, который будет эффективным, долговечным и недорогим

Одной из альтернатив драгоценным металлам являются катализаторы на основе железа. Железо привлекательно, потому что оно в изобилии и недорого. Но оно не так эффективно, как платина, особенно потому, что ему не хватает прочности, чтобы противостоять высококоррозионным и окислительным средам внутри топливных элементов.

Чтобы преодолеть этот барьер, исследовательская группа соединила четыре атома азота с железом. Затем исследователи поместили материал в несколько слоев графена с точным атомарным контролем локальных геометрических и химических структур. Полученная структура представляет собой значительно улучшенный катализатор.

«Мы считаем, что это значительный прорыв, который в конечном итоге поможет раскрыть огромный потенциал водородных топливных элементов», — говорит ведущий автор исследования доктор Ган Ву, профессор химической и биологической инженерии.

В статье исследовательская группа сообщила следующие данные о катализаторе, полученные в ходе испытаний:

• это самый эффективный катализатор на основе железа, произведенный на сегодняшний день, превосходящий цель Министерства энергетики США на 2025 год по плотности электрического тока;
• достигнут рейтинг долговечности, который приближается к показателям катализаторов платиновой группы.

Все это, говорит Ву, указывает на способность катализатора на основе железа сделать топливные элементы, особенно водородные, более доступными для коммерческого использования. Учёные планируют дальнейшие исследования для дальнейшего улучшения катализатора.

Источник