Zařízení je schopné provozu za vysokého zatížení jako součást palivového článku. Výsledky zveřejnil odborný časopis Nature Catalysis.
Palivové články k urychlení reakce, při níž vzniká elektřina, požívají dosud katalyzátor s obsahem drahé a vzácné platiny. Evropský tým vedený výzkumníky z Královské univerzity v Londýně nyní vytvořil katalyzátor složený pouze ze železa, uhlíku a dusíku, tedy levných a snadno dostupných materiálů.
Vodíkové palivové články proměňují vodík na elektřinu, přičemž jediným vedlejším produktem je čistá voda, proto jsou zajímavým ekologickým zdrojem k pohonu vozidel.
Alternativa ke spalovacím motorům
„Naše levnější konstrukce katalyzátoru by měla umožnit implementaci dalších systémů obnovitelné energie s využitím vodíkového paliva. Dnes přibližně 60 procent ceny palivového článku tvoří platina obsažená v katalyzátoru. Chceme-li, aby se palivové články staly skutečně životaschopnou alternativou například ke spalovacím motorům, musíme tyto náklady srazit,“ říká profesor Anthony Kucernak.
„S naší levnější konstrukcí katalyzátoru by to mělo být reálné, včetně implementace mnohem většího počtu systémů obnovitelné energie využívajících vodíkové palivo, což v konečném důsledku znamená snížení emisí skleníkových plynů a nastoupení celého světa na cestu nulových celkových emisí,“ dodává Kucernak.
Různé chemické vlastnosti železa
Inovací týmu je návrh katalyzátoru s rozptýlenými atomy železa v elektricky vodivé základní hmotě z uhlíku. Železo ve formě jednotlivých atomů má odlišné chemické vlastnosti než masivní železo, kde jsou všechny atomy seskupeny dohromady, a vykazuje tak vyšší reaktivitu.
Díky těmto vlastnostem dokáže železo urychlit nezbytné reakce v palivovém článku, a vystupuje tak jako vhodná náhrada za platinu. V rámci laboratorních zkoušek tým prokázal, že katalyzátor obsahující jednotlivé atomy železa ve spojení s reálným palivovým článkem vykazuje vlastnosti blížící se katalyzátoru s obsahem platiny.
Nově vyvinutá technologie umožňuje nejen výrobu levnějších katalyzátorů pro palivové články, ale po úpravách by mohla posloužit i pro jiné katalyzátory v dalších procesech, např. při chemických reakcích využívajících vzdušný kyslík jako reaktant namísto drahých chemických oxidačních činidel, resp. při úpravách odpadních vod s využitím vzduchu k odstraňování škodlivých znečišťujících látek.
Jedinečný způsob syntézy
„Vyvinuli jsme nový přístup s využitím jednoatomových katalyzátorů podporujících řadu nových chemických a elektrochemických procesů. Konkrétně jsme využili novou metodu syntézy, označovanou jako transmetalace, která zamezuje tvorbě shluků železa během syntézy. Tento postup by mohl pomoci všem vědcům, kteří by chtěli připravit podobný typ katalyzátoru,“ říká Asad Mehmood z katedry chemie na Královské univerzitě v Londýně.
Vodík už začaly využívat jako nový pohon i největší automobilky. Toyota nedávno uvedla na trh druhou generaci auta na vodík, Toyotu Mirai. V Česku se zatím prodalo 10 kusů. Chystá se zde také výstavba prvních veřejných vodíkových čerpacích stanic.
Zdroj: Nature Catalysis, Toyota
