Odpowiedź na tytułowe pytanie brzmi: być może, ale na taki obrót spraw musimy jeszcze poczekać. Badania trwają i zapewne w przyszłości możemy spodziewać się powstania prototypowego ogniwa paliwowego, w którym katalizatorem będzie grafen. Naukowcy wytworzyli ostatnio materiał na bazie grafenu, który jest efektywniejszym i tańszym katalizatorem niż najczęściej stosowana dziś w ogniwach paliwowych platyna. Chociaż, to odkrycie nie wystarczyło aby zdarzenie "Katalizatory w ogniwach paliwowych II" rozstrzygnąć na "tak" to może będzie to ten impuls, który na dłuższą metę przyśpieszy postęp technologiczny i doprowadzi nas do tanich ogniw paliwowych oraz ekologicznych samochodów?
Ogniwa paliwowe cieszą się ostatnio coraz większą popularnością, a to dzięki wyjątkowo wydajnemu zużyciu paliwa i to bez emisji toksycznych spalin – jakże piękne połączenie użyteczności z ekologią. „Najsłabszym ogniwem” klasycznych ogniw paliwowych jest katalizator potrzebny do przyspieszenia reakcji, jaka zachodzi pomiędzy elektrodami ogniwa. Zazwyczaj katalizatorem jest platyna, która rzadko występuje w przyrodzie. Tym samym urządzenia, w których jest wykorzystana, są bardzo drogie. Aby zminimalizować koszty oraz potencjalnie zwiększyć sprawność ogniw, naukowcy badają własności dostępniejszych materiałów – jednym z nich jest grafen, a dokładniej grafenowe kropki kwantowe.
Kropki kwantowe, czasami nazywane sztucznymi atomami, to bardzo małe „pudełka”, których ścianami są np. granice nanokryształów i które ze wszystkich stron ograniczają ruch znajdujących się w ich wnętrzu nośników ładunku (np. elektronów). Dzięki bardzo małym rozmiarom kropek kwantowych uwięzione w ich wnętrzu nośniki zachowują się zgodnie z zasadami mechaniki kwantowej. Możliwość kontrolowania parametrów „pudełek”, takich jak kształt, rozmiar czy liczba uwięzionych nośników ładunku pozwala precyzyjnie dostrajać właściwości fizyczne kropek kwantowych, co sprawia, że cieszą się one sporym zainteresowaniem fizyków na całym świecie, znajdując zastosowanie np. w medycynie, energetyce czy przetwarzaniu sygnałów.
Grafenowe kropki kwantowe okazują się mieć bardzo wiele potencjalnych zastosowań, a jednym z nich – jak dowodzą naukowcy z Rice University – mogą być ogniwa paliwowe. Opracowali oni metodę tworzenia specjalnego nanokompozytu, będącego połączeniem grafenu oraz grafenowych kropek kwantowych domieszkowanych borem i azotem. Co ciekawe, połączenie tych niezwykłych nanostruktur doprowadziło do powstania materiału, łączącego kluczowe cechy dwojga swoich rodziców – domieszkowane kropki kwantowe stworzyły na powierzchni kompozytu dużą liczbę miejsc aktywnych w których mogą przebiegać reakcje chemiczne, grafen natomiast zapewnił znakomitą przewodność elektryczną pomiędzy kropkami. To właśnie te cechy sprawiają, że nowy kompozyt jest lepszym, niż komercyjnie stosowane związki platyny, elektrokatalizatorem redukcji tlenu (jednego z dwóch kluczowych procesów, które zachodzą w ogniwach paliwowych).
A nawet nie wspomnieliśmy jeszcze o cenie! Ta może spaść wielokrotnie, gdyż główne składowe omawianej nanostruktury można wyprodukować z węgla i grafitu, które są bez porównania tańsze od platyny, droższej nawet od złota. Teraz nie pozostaje nic innego, jak dopracować metodę produkcji tego niezwykłego materiału na skalę przemysłową i zastosować go w rzeczywistych ogniwach – a już wkrótce będziemy się mogli cieszyć np. ekologicznymi samochodami.
Artykuł dotyczy rozstrzygnięcia zdarzenia Katalizatory w ogniwach paliwowych II. Zachęcamy do dyskutowania artykułu i rozstrzygnięcia w komentarzach na stronie zdarzenia.
Bibliografia:
Ogniwa Paliwowe - Technologia Przyszłości
Wikipedia - kropka kwantowa
Cheap graphene/quantum-dot hybrid outperforms rare metal as fuel-cell catalyst (ang.)
Boron- and Nitrogen-Doped Graphene Quantum Dots/Graphene Hybrid Nanoplatelets as Efficient Electrocatalysts for Oxygen Reduction (ang.)
Powrót
