Frontiers in Energy: Катализатор Fe-N-C превзойдет платину в топливных элементах

Топливные элементы и металловоздушные батареи — перспективные технологии чистой энергии, но для эффективного преобразования энергии им нужна реакция восстановления кислорода, ORR.

Традиционно для этого процесса использовались платина и ее сплавы из-за их высокой активности. Но у них есть существенные недостатки: высокая стоимость и плохая стабильность.

Исследователи под руководством Юань Чжао из Цзиньлинского технологического института (Китай) предложили решение — катализатор Fe-N-C. Он может превзойти платиновые катализаторы по нескольким параметрам.

Поиск альтернатив без платины

Команда создала новый катализатор, используя дициандиамид (DCDA) и полианилин (PANI). Эти источники азота изменяют структуру материала, делая его более эффективным для стимулирования процесса ORR.

Катализатор имеет увеличенную площадь поверхности и улучшенные каталитические характеристики благодаря тому, что два источника азота играют взаимодополняющую роль. Чжао отмечает, что PANI создавал более грубую углеродную структуру с преобладающими микропорами, а DCDA — более тонкий, графитизированный материал.

Многообещающие результаты в лаборатории

Новый катализатор Fe-N-C показал лучшие результаты по сравнению с коммерческими катализаторами Pt/C.

Особенно впечатляет его стабильность: в щелочной среде он долго не теряет своих свойств. Кроме того, он устойчив к метанолу, который может ухудшить работу платиновых катализаторов.

Ронгронг Ху из Нанкинского университета науки и технологий, один из авторов работы, объясняет:

Благодаря двум источникам азота мы смогли настроить структуру катализатора. Мы увидели, что у катализатора увеличилась как площадь поверхности, так и активность.

Будущее катализаторов Fe-N-C

Создание Fe-N-C катализатора — это большой шаг в поиске замены платины в реакции восстановления кислорода (ORR). Благодаря улучшенной активности, стабильности и устойчивости к метанолу, катализатор может использоваться в топливных элементах и металло-воздушных батареях.

Чжао отмечает, что предстоит еще много работы. Сейчас изучают, как разные металлы и источники азота могут улучшить характеристики Fe-N-C катализаторов. Цель — создать катализатор, который будет высокопроизводительным, масштабируемым и экономически эффективным.

Результаты опубликованы в журнале Frontiers in Energy.

18.10.2024