Никель в углеродной оболочке заменил платину в водородных топливных элементах

Группа исследователей из Корнеллского университета (США) разработала катализатор для водородных топливных элементов, полностью исключающий использование платины. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Новый катализатор представляет собой наночастицы никеля, покрытые сверхтонким слоем углерода толщиной в несколько атомов. Углеродное покрытие защищает никель от разрушения в ходе электрохимических реакций, при этом не препятствуя прохождению электронов. Катализатор предназначен для топливных элементов, работающих в щелочной среде, — в отличие от традиционных систем, в которых реакции протекают в кислоте и требуют использования драгоценных металлов, устойчивых к коррозии.

При испытаниях система с никелевым катализатором в сочетании с другим недорогим материалом на противоположном электроде продемонстрировала выходную мощность, превышающую целевые показатели, установленные для топливных элементов следующего поколения. С помощью сканирующей просвечивающей электронной микроскопии и рентгеновской абсорбционной спектроскопии исследователи установили, что ключевым фактором эффективности является сохранение металлической поверхности никеля. Образование гидроксида никеля α-Ni(OH)₂ при потенциалах выше +0,3 В относительно стандартного водородного электрода приводит к потере каталитической активности.

По словам профессора кафедры химии Корнеллского университета Эктора Д. Абруньи, щелочная среда открывает возможности для использования недрагоценных металлов — никеля, железа, кобальта, марганца, — стоимость которых в 500-1000 раз ниже стоимости платины и палладия. Снижение себестоимости топливных элементов может ускорить распространение транспорта на водородном топливе и сделать водородную энергетику доступной для развивающихся регионов.

Источник: Interesting Engineering