W przeciwieństwie do ogniw galwanicznych, które wymagają ładowania, ogniwa paliwowe wytwarzają prąd elektryczny na bieżąco, wykorzystując do tego dostarczane z zewnątrz paliwo. W celu obniżenia kosztów produkcji, a równocześnie poprawienia trwałości ogniw, naukowcy zbadali możliwość wykorzystania grafenu jako katalizatora reakcji elektrochemicznych zachodzących w ogniwach. Pozytywne wyniki badań przesądziły o rozstrzygnięciu zdarzenia „Katalizatory w ogniwach paliwowych I” na TAK.
Podstawowymi elementami najpopularniejszych, wodorowych ogniw paliwowych są dwie elektrody – katoda i anoda, pomiędzy którymi znajduje się elektrolit, umożliwiający przepływ ładunków elektrycznych. Wodór (paliwo) dostarczany jest w sposób ciągły do anody, natomiast tlen, czyli utleniacz, jest podawany do katody.
Wciąż prowadzone są badania nad udoskonaleniem tego i innych typów ogniw paliwowych np. poprzez zastosowanie do ich budowy nowych materiałów. Wyniki ostatnich badań pokazały, że stosowana w ogniwach jako katalizator platyna (rzadko występująca w przyrodzie) może zostać zastąpiona przez grafen.
W Los Alamos National Laboratory w Stanach Zjednoczonych powstał w 2013 roku prototyp materiału katalizatora, w którego skład wchodzi azot oraz nanorurki i nanocząstki węglowe otrzymane z grafenu. Sprawność nowego katalizatora jest większa niż innych znanych rozwiązań, które nie wykorzystują metali szlachetnych. Co więcej, w niektórych testach dorównał on rozwiązaniom opartym na platynie.
Podobne badania przeprowadzili w 2013 roku naukowcy z Ulsan National Institute of Science and Technology w Korei Południowej oraz Case Western Reserve University i University of North Texas w Stanach Zjednoczonych. Wykorzystali oni nanocząstki i nanopłatki grafenowe, tym razem jednak w połączeniach z jodem, bromem czy chlorem. W testach okazało się, że użycie nanopłatków grafenowych z dodatkiem jodu to rozwiązanie trwalsze i pozwalające wygenerować 33% więcej prądu niż komercyjne rozwiązania oparte na platynie.
Jednym z pomysłów jest także połączenie w ramach katalizatora grafenu z platyną. Naukowcy z University of Arkansas w Stanach Zjednoczonych odkryli na początku 2014 roku, że nanocząstki platyny tworzą na powierzchni grafenu regularne struktury o ograniczonej wielkości, zachowując swą aktywność katalityczną. Dzięki temu, bez straty w skuteczności katalizy, można ograniczyć ilość potrzebnej platyny aż o 80%.
Badania nad powyższymi (oraz podobnymi) koncepcjami wykorzystania grafenu wciąż trwają – wydaje się więc kwestią czasu, kiedy grafen będzie powszechnie stosowany jako katalizator w ogniwach paliwowych.
Artykuł dotyczy rozstrzygnięcia zdarzenia Katalizatory w ogniwach paliwowych I. Zachęcamy do dyskutowania artykułu i rozstrzygnięcia w komentarzach na stronie zdarzenia.
Bibliografia:
http://www.itechpost.com/articles/10154/20130604/new-catalyst-fuel-cells-made-graphene-help-boost-renewable-energy.htm
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/06/130605111518.htm
http://cleantechnica.com/2014/02/27/grapheneplatinum-nanoparticles-bonding-effects-revealed-fuel-cell-production-costs-fall/
Powrót
