Бифункциональный катализатор для топливных элементов и аккумуляторов

Источник: Physorg

Химики Рурского Университета (Германия) сделали важный шаг к созданию экономичных регенеративных топливных металловоздушных элементов. Команда под руководством профессора Вольфганга Шухмана и профессора Мартина Мухлера разработала новый катализатор, который способен активировать две противоположные реакции — электролиз воды и сгорание водорода с кислородом. Катализатор такого рода может сделать хранение энергии ветра и солнца экономически целесообразным, а также позволит выпускать эффективные батареи для электрического транспорта.

До сих пор в качестве катализаторов в топливных элементах и аккумуляторах использовались драгоценные металлы. Помимо своей высокой стоимости, они обладают и другим недостатком — они хороши либо для электролиза, либо для сжигания водорода, но не могут использоваться в обеих реакциях. Катализаторы же на основе простых, недрагоценных металлов, обычно отличаются низкой стабильностью и быстро выходят из строя.

Новый катализатор был изготовлен из наночастиц оксидов марганца и кобальта, встроенных в углеродные нанотрубки, легированные атомами азота в специальных положениях. Как отмечает профессор Мухлер, простота производства катализатора впечатляет: использование тепла и кислорода позволяет разрезать легированные азотом углеродные нанотрубки, и одновременно окисляет присоединенные к ним наночастицы марганца и кобальта. В итоге формируются «шпинели» с оксидными наночастицами Mn-Co, частично встроенными в углеродные нанотрубки. При подаче электроэнергии новый катализатор способствует расщеплению воды на водород и кислород (электролиз). Затем энергия сохраняется в виде химических связей водорода. При смене полярности катализатор превращает аккумулятор в топливный элемент — водород и кислород соединяются с образованием воды и электричества.

Испытания бифункционального катализатора показали, что его эффективность и стабильность сравнима с катализаторами из Pt/C, RuO₂ и IrO₂. Таким образом, увеличивают перспективы производства функциональных и доступных металловоздушных батарей и обратимых топливных элементов для устойчивого и «зеленого» энергетического будущего.