البلاتين مكلفة للغاية؟ محفز جديد يخفض تكلفة خلايا الوقود

طورت إمبريال كوليدج لندن خلية وقود هيدروجينية تستخدم محفزا مصنوعا من الحديد بدلا من البلاتين النادر والمكلف ، مما يقلل من تكلفة خلايا وقود الهيدروجين. وتمكن هذه التكنولوجيا من نشر وقود الهيدروجين على نطاق واسع وستضع العالم في نهاية المطاف على طريق صافي انبعاثات صفرية عن طريق الحد من انبعاثات غازات الدفيئة.

تقوم خلايا وقود الهيدروجين بتحويل الهيدروجين إلى كهرباء مع المنتج الثانوي الوحيد هو بخار الماء ، مما يجعلها بديلا أخضر جذابا ، خاصة بالنسبة لصناعة السيارات. ومع ذلك ، فقد أعيق استخدامها على نطاق واسع جزئيا بسبب تكلفة أحد المكونات الرئيسية. لتسهيل التفاعلات التي تولد الكهرباء ، تعتمد خلايا الوقود على محفزات مصنوعة من البلاتين ، وهي مكلفة ونادرة.

وقال الباحث الرئيسي البروفيسور أنتوني كوزيناك ، من قسم الكيمياء في إمبريال: "في الوقت الحالي ، يأتي حوالي 60٪ من تكلفة خلية وقود واحدة من محفزات البلاتين. لكي تكون خلايا الوقود بديلا قابلا للتطبيق حقا للوقود الأحفوري ، نحتاج إلى خفض التكاليف. "

والآن، ابتكر فريق أوروبي بقيادة باحثين في إمبريال كوليدج لندن محفزا يستخدم الحديد والكربون والنيتروجين فقط، وهي مادة رخيصة ومتاحة بسهولة، وأظهر أنه يمكن استخدامه لتشغيل الوقود في بطارية عالية الطاقة. ونشرت النتائج التي توصلوا إليها في مجلة Nature Catalysis في 25.

في هذا المحفز الجديد ، يتم تشتيت كل الحديد في مصفوفة كربونية موصلة في شكل ذرات مفردة. يتم تجميع جميع الذرات الموجودة فيه معا ، مما يجعله أكثر تفاعلا. هذه الخصائص تعني أن الحديد يسهل التفاعلات اللازمة في خلايا الوقود وهو بديل جيد للبلاتين. في الاختبارات المعملية ، أظهر الفريق أنه في نظام خلايا الوقود الحقيقي ، يقترب أداء محفز الحديد أحادي الذرة من أداء المحفزات القائمة على البلاتين.

بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تكون الطريقة التي طورها الفريق قابلة للتطبيق أيضا على تطبيقات أخرى تتجاوز خلايا الوقود، مثل التفاعلات الكيميائية التي تستخدم الأكسجين في الغلاف الجوي بدلا من المؤكسدات الكيميائية باهظة الثمن كمتفاعلات، ومعالجة مياه الصرف الصحي التي تستخدم الهواء لإزالة الملوثات الضارة.

وقال المؤلف الرئيسي للدراسة، الدكتور أسد محمود، من قسم الكيمياء في إمبريال: "لقد طورنا طريقة جديدة لإنشاء مجموعة من المحفزات "أحادية الذرة"، والتي توفر الأساس لمجموعة جديدة من الكيمياء والكيمياء الكهربائية. توفر العملية فرصا. على وجه التحديد ، استخدمنا طريقة اصطناعية تسمى "transmetalation" تتجنب تكوين مجموعات الحديد أثناء التوليف. قد تكون هذه العملية مفيدة للعلماء الآخرين الذين يتطلعون إلى جعل محفزات مماثلة مفيدة".