Bränsleceller har utpekats som en renare lösning för morgondagens energibehov, med potentiella tillämpningar i allt från bilar till datorer.

Men en anledning till att bränsleceller inte redan är mer utbredda är deras brist på uthållighet. Över tid, katalysatorerna som används även i dagens toppmoderna bränsleceller bryts ner, hämmar den kemiska reaktion som omvandlar bränsle till elektricitet. Dessutom, nuvarande teknik bygger på små partiklar belagda med katalysatorn; dock, partiklarnas begränsade yta innebär att endast en bråkdel av katalysatorn är tillgänglig vid varje given tidpunkt.

Nu har ett team av ingenjörer vid Yale School of Engineering &Applied Science skapat ett nytt bränslecellskatalysatorsystem med hjälp av nanotrådar av ett nytt material som ökar långsiktig prestanda med 2,4 gånger jämfört med dagens teknik. Deras resultat visas på omslaget till aprilnumret av ACS Nano .

Yale -ingenjörerna Jan Schroers och André Taylor har utvecklat små nanotrådar av en innovativ metalllegering känd som ett bulkmetallglas (BMG) som har höga ytor, därigenom exponeras mer av katalysatorn. De bibehåller också sin aktivitet längre än traditionella bränslecellskatalysatorsystem.

Den nuvarande bränslecellsteknologin använder kimrök, ett billigt och elektriskt ledande kolmaterial, som stöd för platinapartiklar. Kolet transporterar el, medan platina är katalysatorn som driver produktionen av el. Ju fler platinapartiklar bränslet utsätts för, desto mer el produceras. Ändå är kolsvart poröst, så platina inuti de inre porerna kanske inte exponeras. Kolsvart tenderar också att korrodera med tiden.

"För att producera mer effektiva bränsleceller, du vill öka katalysatorns aktiva ytarea, och du vill att din katalysator ska hålla, " sa Taylor.

Vid 13 nanometer i skala (cirka 1/10, 000 bredden på ett människohår), BMG nanotrådarna som Schroers och Taylor utvecklade är ungefär tre gånger mindre än kimrökspartiklar. Nanotrådarna är långa, tunn form ger dem mycket mer aktiv yta per massa jämfört med kolsvart. Dessutom, istället för att fästa platinapartiklar på ett stödmaterial, Yale-teamet införlivade platina i själva nanotrådslegeringen, se till att det fortsätter att reagera med bränslet över tid.

Det är nanotrådarnas unika kemiska sammansättning som gör det möjligt att forma dem till så små stavar med en varmpressmetod, sa Schroers, som har utvecklat andra BMG-legeringar som också kan formblåsas till komplicerade former. BMG nanotrådarna leder också elektricitet bättre än kimrök och kolnanorör, och är billigare att bearbeta.

Hittills har Taylor testat sitt katalysatorsystem för alkoholbaserade bränsleceller (inklusive de som använder etanol och metanol som bränslekällor), men de säger att systemet skulle kunna användas i andra typer av bränsleceller och en dag kan användas i bärbara elektroniska enheter som bärbara datorer och mobiltelefoner samt i fjärrsensorer.

"Detta är introduktionen av en ny klass av material som kan användas som elektrokatalysatorer, "Taylor sa." Det är ett verkligt steg mot att göra bränsleceller kommersiellt gångbara och, i sista hand, komplettera eller byta batterier i elektroniska enheter. "