Forskare från Institut National de la Recherche Scientifique, Québec tittar in i vass, höga våtmarksväxter, för att göra billigare katalysatorer för högpresterande bränsleceller.

På grund av stigande globala energibehov och hotet från miljöföroreningar, sökandet efter nytt, rena energikällor är på.

Till skillnad från ett batteri, som lagrar el för senare användning, en bränslecell genererar elektricitet från lagrat material, eller bränslen.

Vätebaserat bränsle är en mycket ren bränslekälla som endast producerar vatten som en biprodukt, och effektivt kan ersätta fossila bränslen. För att göra vätebränsle livskraftigt för dagligt bruk, Det behövs högpresterande bränsleceller för att omvandla energin från vätgas till elektricitet.

Vätebränsleceller använder platinakatalysatorer för att driva energiomvandling, men platina är dyrt, svarar för nästan hälften av en bränslecells totala kostnad enligt Qiliang Wei, en Ph.D. student i Shuhui Suns grupp från Institut National de la Recherche Scientifique – Énergie, Matériaux et Télécommunications som studerar billigare alternativ till platinakatalysatorer.

Det är här vass kommer in i bilden. Som publicerades i Weis senaste tidning, "En aktiv och robust Si-Fe/N/C-katalysator härledd från avfallsrör för syrereduktion, "vass innehåller mycket kisel, och som ett organiskt material, de är också en källa till kol.

En potentiell ersättning för platinakatalysatorn består av järn, kväve och kolföreningar, och även om det är lovande, det har vissa problem. Det är mycket mindre stabilt än platina, och även om det är mycket billigare, de material som krävs för att få kol kan fortfarande vara dyra. Kisel, som den som finns i vass, skulle kunna förbättra katalysatorns aktivitet genom att låta mer kväve grupperas med järn, och det främjar också grafitisering, processen att forma kol till grafit i ett annat material, vilket skulle kunna förbättra katalysatorernas stabilitet.

Upptäckten av kiselns användbarhet i denna process hjälper också till att ta itu med kostnadsfrågan, genom att använda vass och överblivna vissna vassstammar som förekommer naturligt i slutet av växtens livscykel som källa till både kol och kisel. Wei kunde använda vassavfallsbiomassa för att producera järn-kväve-kol-katalysatorerna och, använder den kanadensiska ljuskällan, kunde bekräfta kisel roll i dessa katalysatorer genom att karakterisera deras prestanda med och utan tillsats av kisel.

Dock, Weis arbete är inte klart än. Katalysatorns sammansättning måste optimeras, då kan det vara lönsamt att använda dessa vassavfallsbaserade katalysatorer i bränsleceller. Det skulle kunna skapa möjligheter även för nya former av batterier. Metall-luft-batterier använder samma platinakatalysatorer som bränsleceller för att använda element i luften som pluspolen, snarare än en dyrare metall.

"För arbetet i denna tidning, vi testade bara halvcellsprestanda. I nästa steg, vi kommer att applicera det på en riktig bränslecellstack, som är närmare den verkliga tillämpningen, ", sa Wei. "Ibland är katalysatorn väldigt bra för en halvcell, men kanske inte är särskilt effektivt för en hel cell. När vi försöker använda den med full bränslecell, vi kan behöva optimera fler parametrar, som kolstrukturen."

"Om vi ​​kan omvandla avfall för att tillföra värde till material, det kommer att vara av stort intresse för industrin. Vårt experiment här ger en lovande väg som kan användas för att designa mycket aktiva och stabila katalysatorer för bränsleceller, sa Wei.