Водородна революция: Нов платинен катализатор 10 пъти увеличава ефективността на горивните клетки

Южнокорейски учени разработиха троен платинен катализатор за водородни горивни клетки, който едновременно подобрява тяхната ефективност и дълготрайност. Материалът на основата на платина, кобалт и манган показва повече от десетократно увеличение на активността в сравнение с търговските аналози и запазва над 96% ефективност след 150 000 тестови цикъла.

Водородните горивни клетки се считат за обещаващ източник на чиста енергия, тъй като произвеждат електричество чрез реакцията на водорода и кислорода. Широкото им разпространение обаче е ограничено от редица технологични ограничения. Едно от тях е бавната реакция на редукция на кислорода в катода, както и постепенното разграждане на катализаторите при продължителна експлоатация.

Традиционните катализатори, съдържащи платина, имат висока структурна стабилност, но техният атомен състав и подредба са трудни за контролиране. Това затруднява оптимизирането на електронната им структура и им пречи да постигнат едновременно висока активност и дълготрайност, особено при трудни условия, като например приложения в транспорта.

За да се справят с този проблем, изследователите предлагат нов подход за проектиране на катализатори, който позволява прецизен контрол на атомния състав и електронната структура. Резултатът е трикомпонентен интерметален нанокатализатор на базата на платина, кобалт и манган (Pt-Co-Mn), който съчетава стабилност и контролируеми свойства.

Важна роля изиграват кислородните ваканции (дефекти в кристалната структура, при които липсват кислородни атоми) на границата между катализатора и оксидната подложка. Те помагат на атомите да се подредят в правилния ред, което преди това е било трудно постижимо.

Особеното в изследването е, че учените не просто са измерили ефективността на готовия катализатор, а с помощта на теоретичен модел са обяснили как точно се формира желаната структура на атомно ниво. Това създава основа за по-точно проектиране на катализатори, вместо да се избират техните свойства по метода на пробите и грешките.

Разработката ускорява реакцията на редукция на кислорода и демонстрира дълготрайност благодарение на оптимизираната електронна структура. При тестовете масовата активност на катализатора е повече от десет пъти по-висока в сравнение с търговските Pt/C катализатори. В същото време след 150 000 цикъла на ускорени тестове той запазва над 96% от първоначалната си ефективност, което потвърждава високата му устойчивост на разграждане.