TEM (tunnelelektronmikroskop) bild av ett kolnanorör dekorerat med platinakluster (ljus färg). Kredit:Aalto-universitetet
Platina är en mycket dyr metall och den är därför en av flaskhalsarna som hindrar tillväxten av förnybar energi. Platina används som katalysator i elektrolysörer som lagrar elektrisk energi som kemiska föreningar, och det spelar också en viktig roll i bränsleceller, katalysatorer och många kemiska processer som används inom industrin.
En grupp forskare vid Aalto-universitetet under ledning av professorerna Tanja Kallio och Kari Laasonen har utvecklat en tillverkningsmetod för elektrokatalysatorer som bara använder en hundradel av den mängd platina som vanligtvis används i kommersiella produkter. Den aktivitet som uppnås med det nya materialet liknar den för kommersiella elektrokatalysatorer. Metoden bygger på de speciella egenskaperna hos kolnanorör.
"När platina avsätts på ytan av kolnanorör, det bildar partiklar som består av ett par atomer. På andra material, som grafen, platina bildar större nanopartiklar', Tanja Kallio förklarar.
"Vi tror att detta beror på att kolatomerna på den krökta ytan är i ett ansträngt tillstånd, vilket gör dem benägna att stabilisera platina på ytan av nanoröret. Detta säkerställer att platinaatomerna bildar små och katalytiskt aktiva partiklar. Vår modellering visade att ju mer ansträngda kolbindningarna är, desto bättre stabilisering av platina. Mindre rör är mer böjda, vilket gör påfrestningen större, så diametern på nanorören är också viktig.'
DFT (density functional theory) antyder att kolnanorör stabiliserar enskilda platinaatomer och att väteutvecklingsreaktionen sker mer effektivt på deras ytor, jämfört med konventionella platinananopartiklar. Kredit:Aalto-universitetet
En tredjedel av priset
Elektrolysörer lagrar elektrisk energi i form av vätebindningsenergi. I praktiken, denna mekanism används för att lagra fluktuerande energi, som vindkraft, och balansera skillnaden mellan efterfrågan och produktion. Eftersom elektrokatalysatorn utgör ungefär en tredjedel av priset på elektrolysatorn, Att minska mängden platina som behövs skulle göra processen betydligt billigare.
"Förutom priset på platina, metallens tillgänglighet är också ett problem. Platina finns på EU:s lista över kritiska råvaror, vilket innebär att användningen är problematisk antingen på grund av dess knapphet eller på grund av geopolitiska problem. Det är därför EU siktar på att minska användningen av platina. Kallio säger och betonar att funktionaliteten hos den elektrokatalysator som utvecklats vid Aalto-universitetet hittills endast har bevisats i laboratorieförhållanden.
"I småskaliga förhållanden och vid rumstemperatur, elektrokatalysatorn är stabil och användbar under lång tid. Nästa steg är att öka produktionsskalan och testa funktionaliteten hos elektrokatalysatorn i praktiska tillämpningar, som ofta utförs vid högre temperatur.'
