Об этом сообщила пресс-служба ИК СО РАН.
Российские специалисты получили материал, содержащий никель и фосфор, который не боится глубокого окисления.
В перспективе такая разработка может повысить мощность топливных элементов.
Водородный топливный элемент состоит из набора электрохимических ячеек, в каждой из которых есть пара электродов (катод и анод), содержащих катализаторы и разделенных тонкой мембраной.
В щелочном топливном элементе на катод подают газообразный кислород, который в ходе электрохимического восстановления в присутствии воды превращается в гидроксид-ионы.
Они проходят через мембрану к аноду, где взаимодействуют с газообразным водородом.
В результате по цепи между анодом и катодом движутся электроны, создавая ток, а при взаимодействии гидроксид-ионов и водорода образуется чистая вода.
В производстве щелочных топливных элементов есть проблема - необратимое окисление электродов.
Чтобы удешевить их, производители отказываются от платиновых катализаторов и используют никелевые.
Они:
- легко окисляются на воздухе,
- теряют способность активно превращать водород в воду и электричество,
- работают не на полную мощность.
Так, ученые создали никель-фосфорный материал методом электроосаждения, который исследовали в реакции окисления водорода в модельной низкотемпературной ячейке.
Модельная система позволяет изучать конкретное, отдельное явление, отсекая лишние процессы, которые присутствуют в ячейке реального топливного элемента.
Электрохимическая ячейка
Тезисы ведущего автора исследования, младшего научного сотрудника ЦК НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» и ИК СО РАН А. Кузнецова:
- никель-фосфорные системы в основном исследовались для электролизеров, как катализаторы, на которых выделяется водород в ходе разложения воды;
- в окислении водорода такие системы изучены слабо;
- никелевые катализаторы легко окисляются на воздухе или даже в самих топливных элементах при определенных условиях;
- никель-фосфорный образец в электрохимической ячейке легко может восстанавливаться практически до исходного состояния после глубокого окисления;
- чисто никелевый материал окисляется необратимо;
- мы заинтересовались этим эффектом и после детальных исследований выяснили, что на поверхности полученного никель-фосфорного катализатора быстро образуется фосфатная «шуба» - оболочка, которая практически моментально защищает и сохраняет свойства исходного материала;
- после окисления мы можем легко вернуть систему в исходное состояние, и она снова будет работать эффективно.
В чистом виде алюминий бурно реагирует с кислородом или водой.
Но на его поверхности легко и быстро образуется тонкая пленка оксида, которая хорошо его защищает, благодаря чему металл можно безопасно использовать.
В планах ученых - повысить активность синтезированного материала в окислении водорода до более высокого уровня, чтобы он получил развитие в приложении к реальным топливным элементам, при этом сохранив свои свойства.
Возможно, обнаруженный эффект найдет применение и в других областях, например, для повышения коррозионной устойчивости материалов, используемых в агрессивных средах.
Напомним, что ранее ученые Института катализа СО РАН разработали катализатор для окисления этилена при комнатной температуре и атмосферном давлении.
Получить его удалось за счет использования материала делафоссита, который рассматривают как перспективную основу для создания катализаторов с заданными свойствами.
