По-дълъг живот на горивните клетки чрез селективен катализатор

По-дълъг живот на горивните клетки чрез селективен катализатор

Снимка: POSTECH

Изследователски екип, ръководен от професор Yong-Tae Kim и кандидата за докторска степен Sang-Hoon You в POSTECH(Университет за наука и технологии в Поханг), разработи селективен катализатор, който ограничава корозията в горивните клетки, използвани за автомобили и задвижвани с водород.

Чрез приспособяване на реакцията на окисление на водорода, в съответствие с концентрацията на водород в горивната клетка, екипът успя да спре корозията на горивните клетки. Изследването е публикувано в ACS Energy Letters.

Горивните клетки са податливи на множество фактори, които намаляват тяхната издръжливост. Един от тях е разграждането в катодния катализатор при стартиране и изключване на автомобила. Горивните клетки предназначени за автомобили, в своето естество, изпитват повтарящи се цикли на стартиране и изключване.

По време на нормална работа на превозното средство горивните клетки се доставят с постоянно снабдяване на водород с висока концентрация, която временно намалява, когато автомобилът се изключи или запали. Следователно, смесването на външен въздух с водорода в горивните клетки, задейства нежелана реакция на намаляване на кислорода в анода, което води до внезапни скокове и въглеродна корозия в катода.

Изследователският екип създава катализатор (Pt/TiO2), включващ платина (Pt), нанесен върху титанов диоксид (TiO2), който ефективно спира корозията в горивните клетки. Ефективността на този електрокатализатор идва от силното взаимодействие между титановия диоксид и платина. Преливането на водорода има способността да променя повърхностната проводимост на материала в отговор на концентрацията на водород в него.

Когато превозното средство внезапно спре или потегли, концентрацията на водород в горивото намалява. Като следствие от това намаляване, се получава разширяването на титановия диоксид върху платина, което води до заравянето на платина под повърхността на катализатора.

Това погребване на платина, причинено от разширяването на титановия диоксид, превръща катализатора в изолатор поради ниската проводимост на титановия диоксид. Този изолационен ефект пречи на способността на катализатора да провежда електричество, като по този начин предотвратява нежелано намаляване на кислорода, което може да причини внезапни скокове в катода.

По време на стандартна работа с автомобила, концентрацията на водород остава висока. При такива условия на висока концентрация на водород, високата проводимост на платина е изложена на повърхността на катализатора. Получава се редукция на титанов диоксид, което насърчава мобилността на водорода върху повърхността на катализатора. Това явление, наречено преливане на водород, засилва потока на тока и  реакцията на окисление на водорода.

Изследователският екип прави и симулационен тест, за да сравни новоразработения катализатор и конвенционалните катализатори. Резултатите от теста показват, че горивните клетки, използващи Pt/TiO2 катализатор, са с три пъти по-висока издръжливост в сравнение с традиционните горивни клетки. Това показва успешно увеличаване на издръжливостта на горивните клетки чрез използването на селективна реакция на редукция на кислорода и реакция на окисление на водорода.

Това изследване може да допринесе за преодоляване на съществуващите предизвикателства по отношение на издръжливостта, пред които са изправени горивните клетки за превозни средства. То може да издигне корейските автомобили, задвижвани с водород, в индустрията за автомобили от следващо поколение.