Нанорельеф повысит активность топливных элементов
Электроды с особой структурой поверхности могут удвоить эффективность экологически чистых электрохимических источников энергии, сообщают исследователи из Массачусетского технологического института (MIT) в статье, опубликованной недавно в он-лайн версии авторитетного журнала the Journal of the American Chemical Society.
Топливные элементы — устройства, способные вырабатывать электрический ток из водорода или иного топлива без его сжигания — считаются очень перспективным источником энергии для самых разных целей: от жилых домов и автомобилей до миниатюрных устройств, таких как мобильные телефоны и ноутбуки. Их главные преимущества — бесшумность и отсутствие выбросов парниковых газов и иных загрязнителей воздуха — до сих пор перевешивалось исключительно высокой ценой, и ученые во всем мире пытались найти какие-либо пути сделать топливные элементы дешевле в производстве.
Группа исследователей из MIT, возглавляемая адъюнкт-профессором машиностроения и материаловедения Янг Шао-Хорн (Yang Shao-Horn) разработала технологию, способную многократно увеличить активность электродов в одном из видов топливных элементов, использующем в качестве топлива метанол. В ближайшей перспективе он может вытеснить обычные батареи в портативных электронных устройствах. Поскольку в таких топливных элементах используются платиновые электроды, повышение их активности означает, что для выработки того же самого количества энергии придется потратить меньше этого дорогостоящего металла.
Существенному приросту в эффективности новые топливные элементы обязаны нанесению на поверхность материала заранее продуманного рельефа. Вместо того, чтобы оставить электрод гладким, на его поверхность создают крошечные выступы-"ступеньки»; это, как показали эксперименты, позволило увеличить выработку электрического тока примерно в два раза. Исследователи полагают, что дальнейшая разработка электродов со сложной структурой поверхности позволит увеличивать активность элемента еще больше, производя больше электроэнергии при тех же затратах платины.
![mit.jpg](/files/users/u1412/mit.jpg)
«Одна из целей нашего исследования — разработка активных и стабильных катализаторов», — говорит Шао-Хорн, и, по её словам, эта новая разработка является значительным шагом к «пониманию того, как поверхностная атомная структура может повысить активность катализатора» в топливных элементах на метаноле.
В экспериментах ученые использовали наночастицы платины, размещенные на поверхности углеродных нанотрубок. До этого многие ученые экспериментировали с использованием платиновых наночастиц в топливных элементах, но результаты были очень противоречивыми — одни ученые с уменьшением размера частиц наблюдали увеличение активности, другие — ее увеличение.
Новое исследование показало, что ключевым фактором являются не размеры частиц, а структура поверхности. «Мы размещали на поверхности разное число рельефных ступенек из наночастиц и отслеживали, как меняется активность катализатора при изменении числа ступенек», — говорит Шао-Хорн. Создав поверхность с множеством ступенек, группе удалось добиться удвоенной активности электрода, и ведущиеся в этом направлении работы могут позволить увеличить ее еще больше — теоретически вплоть до десятков и сотен раз.
- Войдите на сайт для отправки комментариев