ПОПУЛЯРНЫЕ НАНОТЕХНОЛОГИИ

Кадры

Фотогалерея

Новости

Модифицированные углеродные нанотрубки будут использовать в качестве катодных катализаторов топливных элементов / 18.11.2020

Ученые ИФХЭ РАН показали, что углеродные нанотрубки, допированные азотом, фосфором и серой, могут быть использованы в качестве катодных катализаторов топливных элементов вместо традиционных — значительно более дорогих — моноплатиновых.

 

Активность допированных углеродных нанотрубок в реакции восстановления кислорода в щелочных электролитах приближается к активности платиновых катализаторов. Благодаря высокой каталитической активности, коррозионной стабильности и наличию на их поверхности большого числа активных центров, модифицированные углеродные нанотрубки могут быть использованы в качестве подложки для синтеза моно- и биметаллических катализаторов.

 

В прямых спиртовых топливных элементах модифицированные азотом и серой углеродные нанотрубки, используемые в качестве катодных катализаторов, толерантны к этанолу (в отличие от платиновых). Прямые щелочные этанольно-воздушные топливные элементы представляют большой интерес, потому что биосистемы производят в большом количестве жидкое топливо — этанол, который не требует создания специальных систем хранения и распределения.

 

Второй путь по созданию коммерчески более выгодных катализаторов связан не с полной заменой платины, а с уменьшением ее расхода. Наночастицы катализатора PtCoCr/C имеют структуру «ядро-оболочка». Поверхность (оболочка) наночастиц обогащена платиной, каталитическая активность и стабильность которой превосходит Pt в моноплатиновых катализаторах.

 

Достигнутые характеристики являются результатом изменения структурных и электронных параметров, ослабления взаимодействия атомов платины в составе оболочки с молекулами воды электролита и снижения заполнения поверхности хемосорбированным кислородом. Это объясняет и увеличение скорости и селективности восстановления кислорода, и замедление коррозии при образовании сплавов платины с базовыми металлами и формировании структуры ядро-оболочка.

 

В таком катализаторе расход платины в составе водородо-кислородного низкотемпературного топливного элемента оказывается в два с лишним раза ниже (при сохранении характеристик топливного элемента). В составе топливных элементов платина является подходящим, но очень дорогим, катализатором для основных токообразующих реакций.

 

«Нанокомпозитные каталитические системы, включающие модифицированные углеродные нанотрубки — будущее электрохимической энергетики, — объясняет руководитель группы гл.н.с. д.х.н. Вера Богдановская. — Мы наблюдали снижение перенапряжения реакции электровосстановления кислорода на 150 мВ, что свидетельствует об эффективности разработанного катализатора. Но пока, к сожалению, без платины нам не обойтись».

 

Работы по целенаправленному созданию неплатиновых катализаторов, коммерчески более выгодных, чем платиновые, и обеспечивающие высокую активность и устойчивость к деградации в составе катодов щелочных топливных элементов, проводятся в рамках проекта «Фундаментальные исследования и разработка ключевых материалов в новых высокоэффективных щелочных мембранных топливных элементах» по гранту РФФИ (с 2019–2021 гг.), получившего поддержку, как один из лучших исследовательских проектов по приоритетным направлениям БРИКС.

 

Ученые ИФХЭ РАН работают совместно со специалистами из Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва, Самарского государственного технического университета и с зарубежными коллегами из Китая и Индии.

 

Топливные элементы — электрохимические устройства, которые вырабатывают электрический ток и тепло из богатого водородом топлива. Топливные элементы включают анод, катод и электролит. Со второй половины 20-го века топливные элементы были источниками электричества на космических кораблях и станциях.

 

В настоящее время сфера их применения значительно расширилась: топливные элементы используются как полноценные источники энерго и теплоснабжения предприятий, находящихся вдали от крупных энергетических систем: нефтяных платформ, газотранспортных магистралий, стратегических объектов, различных домов и учреждений в сельской местности. С недавнего времени топливные элементы стали применять в автомобилях (Honda, Hyundai, General Motors, Mercedes Benz и др.) – пишет rusnanonet .

 


Другие новости по теме:
20.04.21 - Австралийские учёные улучшили солнечные панели из перовскита с помощью сожжённых человеческих волос
31.03.21 - Новый 3D-материал с ДНК настолько прочен, что может летать в космосе
24.03.21 -  Ученые увидели движение автономных нанороботов внутри организма
21.03.21 - Умные окна заменят кондиционеры
06.03.21 - Российские химики разработали уникальный метод получения полых наночастиц из жидкого металла
TOP100 самых популярных
новостей
за месяц
Место Наименование Показов
1

Представлена модель оптоволоконного квантового логического вентиля

Группа английских специалистов реализовала двухвходовой квантовый логический элемент на базе оптоволокна, произведенного с применением фотонных кристаллов. Источником фотонов послужил титан-сапфировый

217
2

Разработана технология сборки батареек при помощи вирусов

Ученые разработали технологию сборки катодов и анодов литий-ионных аккумуляторов при помощи генетически модифицированных вирусов. Работа исследователей опубликована в журнале Science. Ее основные поло

120
3

Глобальная сеть стала частью жизни трети россиян

ВЦИОМ выяснил привязанность россиян к Интернету. Глобальной сетью регулярно пользуются 38 процентов россиян, из которых 23 процента выходят в Интернет ежедневно, а 11 процентов - еженедельно. ВЦИОМ в

104
4

Китай поразил весь мир собственный суперкомпьютером, созданным на базе собственных же микропроцессоров

На технической конференции Цзинане, проходившей на прошлой неделе, было сделано сенсационное объявление о вводе в строй первого китайского суперкомпьютера, «сердцем» которого являются микропроцессоры

102
5

Найдена бактерия с мышьяком в ДНК

Жизнь на Земле зависит от шести химических элементов: углерода, водорода, азота, кислорода, фосфора и серы. Однако, по словам авторов исследования, бактерии, найденные в водах соленого озера Моно, спо

102

Анонсы событий