V súčasnosti je zmena klímy jednou z najdiskutovanejších tém našej spoločnosti. Vysoké množstvo CO2 v atmosfére vedie k nárastu intenzívnych klimatických udalostí. Naším cieľom je znížiť emisie CO2 využívaním zelených palív, ako je vodík, a postupne eliminovať závislosť na rope.

Význam palivových článkov a katalyzátorov

Palivové články sú elektrochemické zariadenia, ktoré využívajú vodík ako zelené palivo, v kombinácii s kyslíkom, na výrobu vody a energie. Kľúčovou výzvou v tejto reakcii je katalyzátor, ktorý reakciu urýchľuje. Mnohé výskumy sa zameriavajú na používanie platiny ako katalyzátora alebo na vývoj nových metód. Problémom týchto materiálov je ich vysoká a nestabilná cena, čo predstavuje prekážku pre širšie využitie palivových článkov. Naším cieľom je nájsť nové materiály, ako sú komplexné tuhé roztoky alebo vysoko entropické zliatiny, ktoré by mohli plne nahradiť platinu. Tieto nové generácie katalyzátorov majú unikátne vlastnosti a sú perspektívnymi kandidátmi pre budúcnosť.

Charakteristiky nových katalyzátorov

Ak chceme nahradiť platinu v palivových článkoch, nový katalyzátor musí mať určité charakteristiky. Veľkosť je kľúčová – katalyzátory musia byť veľmi malé, len niekoľko stoviek atómov veľké, pretože reakcia medzi vodíkom a kyslíkom prebieha len na ich povrchu. Na syntézu takýchto malých katalyzátorov používame techniku nazývanú potiahovanie.

Potvrdzovanie usporiadania a zloženia katalyzátorov

Aby sme mohli pozorovať veľmi malé katalyzátory, používame elektrónovú mikroskopiu, ktorá nám umožňuje dosiahnuť vysoké zväčšenie a vizualizáciu atómov. Elektrónový mikroskop, podobne ako optický mikroskop, nám umožňuje pozorovať detaily na úrovni hrúbky vlasu, no ak chceme vidieť jednotlivé atómy, potrebujeme elektrónový mikroskop, ktorý využíva elektróny namiesto svetla.

Stabilita a degradácia katalyzátorov

Je známe, že katalyzátory po použití v palivových článkoch degradujú, čo skracuje ich životnosť. Našou úlohou je simulovať podmienky v palivových článkoch a skúmať zmeny pomocou elektrónovej mikroskopie. Snažíme sa pochopiť mechanizmy degradácie a optimalizovať ich tak, aby sme zvýšili efektivitu palivových článkov.

Potenciál nových materiálov

Naša výskumná práca sa zaoberá reakciou medzi vodíkom a kyslíkom, ktorá produkuje elektrinu a vodu. Zistili sme, že na túto reakciu je potrebné určité množstvo energie, a naše nové katalyzátory môžu túto reakciu začať s nižšou energetickou náročnosťou ako platina. Preferujeme telesne centrovanú kubickú štruktúru s vysokým percentom chrómu a medi a nízkym obsahom mangánu, čo z nich robí ideálnych kandidátov pre nové palivové články.

Budúcnosť palivových článkov bez platiny

Ak chceme zastaviť emisie CO2 a eliminovať používanie ropy, vodík je kľúčový. Naša výskumná práca ukázala, že môžeme znížiť náklady na palivové články odstránením platiny a použitím našich nových materiálov, ktoré poskytujú rovnakú alebo lepšiu efektivitu za nižšie náklady. Doteraz sme pracovali v laboratórnom meradle, no v budúcnosti plánujeme rozšíriť našu metodológiu do viacerých priemyselných sektorov.

Zdroj informácii: https://lt.org