Forskare vid Washington State University har utvecklat ett nytt sätt att göra låga kostnader, enatomskatalysatorer för bränsleceller – ett framsteg som kan göra viktig ren energiteknik mer ekonomiskt lönsam.

Deras arbete publiceras i Avancerade energimaterial tidning.

Vätgasbränsleceller är avgörande för ekonomin med ren energi eftersom de är mer än två gånger så effektiva för att skapa elektricitet än förorenande förbränningsmotorer. Deras enda avfallsprodukt är vatten.

Dock, det höga priset på de platinabaserade katalysatorer som används för den kemiska reaktionen i bränsleceller hindrar avsevärt deras kommersialisering.

Istället för den sällsynta platina, forskare skulle vilja använda oädla metaller, som järn eller kobolt. Men reaktioner med dessa rikligt tillgängliga metaller tenderar att sluta fungera efter en kort tid.

"Lågkostnadskatalysatorer med hög aktivitet och stabilitet är avgörande för kommersialiseringen av bränslecellerna." sa Qiurong Shi, postdoktor vid School of Mechanical and Materials Engineering (MME) och medförfattare på uppsatsen.

Nyligen, forskare har utvecklat enatomskatalysatorer som fungerar lika bra i laboratoriemiljö som att använda ädelmetaller. Forskarna har kunnat förbättra stabiliteten och aktiviteten hos de oädla metallerna genom att arbeta med dem på nanoskala som enatomskatalysatorer.

I detta nya verk, WSU-forskargruppen, leds av Yuehe Lin, en MME-professor, använde järn- eller koboltsalter och den lilla molekylen glukosamin som prekursorer i en enkel högtemperaturprocess för att skapa enatomskatalysatorerna. Processen kan avsevärt sänka kostnaden för katalysatorerna och kan lätt skalas upp för produktion.

Järn-kol-katalysatorerna de utvecklade var mer stabila än kommersiella platinakatalysatorer. De upprätthöll också god aktivitet och blev inte kontaminerade, vilket ofta är ett problem med vanliga metaller.

"Denna process har många fördelar, " sa Chengzhou Zhu, en första författare på tidningen som utvecklade högtemperaturprocessen. "Det gör storskalig produktion möjlig, och det tillåter oss att öka antalet och öka reaktiviteten hos aktiva platser på katalysatorn."

Lins grupp samarbetade i projektet med Scott Beckman, en MME-docent vid WSU, samt med forskare vid Advanced Photon Source vid Argonne National Laboratory och Brookhaven National Laboratory för materialkaraktärisering.

"Användaranläggningen för avancerad materialkarakterisering vid de nationella laboratorierna avslöjade platserna med en atom och aktiva delar av katalysatorerna, vilket ledde till en bättre design av katalysatorerna, sa Lin.