Nanodeeltjes van platina-calciumlegering vervangen platina, het bereiken van zowel efficiëntie als duurzaamheid in brandstofcellen

Een onderzoeksteam onder leiding van professor Jong-Sung Yu van het Department of Energy Science and Engineering bij DGIST (president Kunwoo Kim) heeft met succes platinum-calciumlegering nanodeeltjes gesynthetiseerd met behulp van een vloeistof-fasemethode. Deze nanodeeltjes dienen als een katalysator die tegelijkertijd zowel de efficiëntie als de duurzaamheid van waterstofbrandstofcellen verbetert, een opkomende milieuvriendelijke energietechnologie van de volgende generatie.

De bevindingen zijn gepubliceerd in het dagboek Klein.

Eerdere studies hadden gesuggereerd dat het combineren van platina met alkalische aardse metalen zoals calcium katalysatoren met uitstekende prestaties en duurzaamheid zou kunnen opleveren. Calcium is echter elektrochemisch uitdagend om te hanteren, waardoor zijn legering met platina extreem moeilijk is. Als gevolg hiervan zijn praktische methoden voor het synthetiseren van nanodeeltjes van platina-calciumlegering wereldwijd onderontwikkeld.

De nieuw ontwikkelde katalysator, gesynthetiseerd via vloeistoffase-verwerking, heeft een kernschaalstructuur met calcium- en platina-atomen geordend gerangschikt in de binnenste kern en een platin-rijke schaal aan de buitenkant. Deze structuur wordt beschouwd als ideaal voor brandstofcelkatalysatoren, omdat het de hoge reactiviteit van platina combineert met het stabiliserende effect van calcium op een innovatieve manier.

Het onderzoeksteam paste de platina-calcium nanodeeltjes toe als een anodekatalysator in een praktische waterstofbrandstofcelomgeving en bereikte prestaties en duurzaamheid die de doelen van het Amerikaanse ministerie van Energie overtrof. Met andere woorden, de katalysator vertoonde prestatieniveaus die geschikt zijn voor onmiddellijke toepassing bij waterstofvoertuigen en stroomopwekking.

Om de oorsprong van deze prestatie te ontdekken, werkte het onderzoeksteam samen met het team van professor Kai S. Exner aan de Universiteit van Duisburg-Ess in Duitsland om theoretische studies uit te voeren. Uit de resultaten bleek dat een sterke interactie tussen platina en calciumatomen verantwoordelijk is voor de hoge duurzaamheid van de katalysator en de prestaties op lange termijn.

Professor Jong-Sung Yu van DGIST verklaarde: “Het is vaak moeilijk voor brandstofcelkatalysatoren om tegelijkertijd zowel hoge prestaties als duurzaamheid op lange termijn te bereiken. De nanodeeltjes van het platina-calciumlegering ontwikkelen in deze studie niet alleen uitstekende prestaties en duurzaamheid.”

Gyan-Barimah Caleb, een student aan professor Jong-Sung Yu’s team van DGIST, nam deel als de eerste auteur en de studie werd uitgevoerd in samenwerking met de Universiteit van Duisburg-Esens in Duitsland.