Единое устройство, которое одновременно вырабатывает топливо и окислитель из воды и при нажатии переключателя преобразует топливо и кислород в электричество и воду, обладает множеством преимуществ для наземного, космического и военного применения. Начиная с низкого воздействия на окружающую среду и заканчивая высокой плотностью энергии, разработка эффективных унифицированных регенеративных топливных элементов, или URFC, как их еще называют, находится в поле зрения исследователей уже много лет.
Но чтобы по-настоящему быть эффективным, URFC нуждается в бифункциональных катализаторах. Это означает, что в режиме электролизера катализаторы должны способствовать расщеплению воды на водород и кислород, а в режиме топливного элемента - способствовать их рекомбинации в воду. Теперь, работая в лаборатории Виджая Рамани, выдающегося профессора Университета Рома Б. и Рэймонда Х. Витткофф, группа исследователей нашла превосходный бифункциональный катализатор для кислородного электрода.
Их работа была опубликована в журнале Труды Национальной академии наук.
"В отличие от водородного электрода, в котором платина является эффективным бифункциональным катализатором, очень сложно определить подходящий катализатор для кислородного электрода из-за медленной кинетики восстановления кислорода и выделения кислорода", - сказал Пралай Гайен, в настоящее время работающий в Intel, который был научным сотрудником в лаборатории Рамани в Инженерной школы Маккелви при Вашингтонском университете в Сент-Луисе и был первым автором статьи.
Сулай Саха, постдокторский научный сотрудник лаборатории Рамани, и Гайен в своих исследованиях руководствовались первыми принципами - учитывали фундаментальные свойства различных веществ, прежде чем отправиться в лабораторию для тестирования потенциальных катализаторов.
Вместе с бывшим исследователем-бакалавром и соавтором Синьцюань Лю команда в конечном счете определила и разработала Pt-пирохлор, композит из платины и пирохлора из рутената свинца, который обладает высокой бифункциональностью.
"Индекс бифункциональности" - это показатель способности катализатора способствовать как прямому, так и обратному направлению реакции. "Мы хотим, чтобы индекс был низким", - сказала Критика Шарма, аспирантка инженерного факультета. "В идеале - ноль". Этот новый катализатор имеет индекс бифункциональности 0,56 вольт - очень низкий по сравнению с другими известными катализаторами. При использовании в устройстве URFC, разработанном лабораторией, катализатор обеспечивал энергоэффективность в обоих направлениях (RTE) в 75% - самый высокий показатель эффективности в обоих направлениях в этом типе URFC.
Благодаря такой высокой эффективности разработанные УРФУ хорошо подходят для таких применений, как подводные аппараты, беспилотные летательные аппараты, космические аппараты и космические станции, а также для автономного хранения энергии.
Комментарии