(PhysOrg.com)-Ett nytt kolstöd som kraftigt ökar hållbarheten hos bränsleceller för protonbytarmembran har utvecklats av forskare vid Pacific Northwest National Laboratory och Princeton University. Detta nya material förbättrar avsevärt stabiliteten hos bränslecellskatalysatorn och kommer potentiellt att sänka kostnaden för dessa bränsleceller. Denna banbrytande forskning hamnade på första plats på listan över mest nedladdade Elektrokemi kommunikation artiklar i höst.

För närvarande, protonutbytesmembranbränsleceller används inte i stor utsträckning på grund av den höga tillverkningskostnaden och relativt låga uthålligheten. För att vara kommersiellt livskraftig, kostnaden måste minskas dramatiskt. Dessa nya kolstöd kan göra just det.

Inne i dagens bränslecell, platina katalyserar reaktionen. Förhållandena inuti bränslecellen är ganska svåra:högt tryck, hög temperatur. Under dessa omständigheter, några av platinapartiklarna flyger av stödet, vilket gör dem otillgängliga för att påskynda reaktionerna. En del av partiklarna klumpar ihop sig. När detta händer, partiklarna har mindre yta. Och, det är på ytan där reaktionen sker. Så, mindre yta, mindre katalys. Teamet undersökte en ny typ av stöd.

För denna studie, de skivade grafit, liknande kolet i en penna, i enstaka atomlager för att bilda täta skrynkliga ark som kallas funktionaliserade grafenark.

Sedan, de behandlade dessa ark med platinakatalysatorn. Med hjälp av ett transmissionselektronmikroskop, de såg skillnaden i hur katalysatorpartiklarna fästes på grafenarken och ett kommersiellt stöd. Bilderna visade tydligt en enhetlig fördelning av mycket mindre platinananopartiklar på grafenet. Med hjälp av en röntgenfotoelektronspektrometer, de visade att grafen har fler funktionella grupper tillgängliga för att binda platinakatalysatorn jämfört med det kommersiella underlaget. Båda dessa instrument finns på DOE:s EMSL, en vetenskaplig användaranläggning som ligger på PNNL.

Deras slutsats var att grafenarken har en starkare metall-stödinteraktion och producerade mindre katalysatorpartiklar som var mer motståndskraftiga mot nedbrytning. Funktionaliserade grafenark kan potentiellt leda till en mer stabil, effektiv, och billigare bränslecell.

Denna studie lägger grunden för framtida arbete med detta lovande kolmaterial. Framtida forskning kommer att fokusera på att öka effektiviteten i materialtillverkningen och hållbarheten hos grafenarken.