Platina te duur? Nieuwe katalysator verlaagt brandstofcelkosten

Imperial College London heeft een waterstofbrandstofcel ontwikkeld die een katalysator van ijzer gebruikt in plaats van zeldzaam en duur platina, waardoor de kosten van waterstofbrandstofcellen worden verlaagd. De technologie maakt de wijdverspreide inzet van waterstofbrandstoffen mogelijk en zal uiteindelijk de wereld op weg zetten naar netto-nulemissies door de uitstoot van broeikasgassen te verminderen.

Waterstofbrandstofcellen zetten waterstof om in elektriciteit met als enige bijproduct waterdamp, waardoor ze een aantrekkelijk groen alternatief zijn, vooral voor de auto-industrie. Het wijdverbreide gebruik ervan wordt echter gedeeltelijk belemmerd door de kosten van een van de belangrijkste componenten. Om de reacties die elektriciteit opwekken te vergemakkelijken, vertrouwen brandstofcellen op katalysatoren gemaakt van platina, die duur en schaars zijn.

Hoofdonderzoeker professor Anthony Kousenak, van imperial's department of chemistry, zei: "Momenteel is ongeveer 60% van de kosten van een enkele brandstofcel afkomstig van platinakatalysatoren. Om brandstofcellen een echt levensvatbaar alternatief voor fossiele brandstoffen te laten zijn, moeten we de kosten verlagen. "

Nu heeft een Europees team onder leiding van onderzoekers van het Imperial College London een katalysator gemaakt die alleen ijzer, koolstof en stikstof gebruikt, een goedkoop en gemakkelijk beschikbaar materiaal, en heeft aangetoond dat het kan worden gebruikt om brandstoffen te laten draaien op een batterij met een hoog vermogen. Hun bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift Nature Catalysis op de 25e.

In deze nieuwe katalysator wordt al het ijzer gedispergeerd in een geleidende koolstofmatrix in de vorm van enkele atomen. Alle atomen erin zijn geclusterd, waardoor het reactiever is. Deze eigenschappen betekenen dat ijzer de reacties vergemakkelijkt die nodig zijn in brandstofcellen en een goede vervanger is voor platina. In laboratoriumtests toonde het team aan dat in een echt brandstofcelsysteem de prestaties van de ijzerkatalysator met één atoom die van op platina gebaseerde katalysatoren benaderen.

Bovendien kan de door het team ontwikkelde methode ook van toepassing zijn op andere toepassingen dan brandstofcellen, zoals chemische reacties die atmosferische zuurstof gebruiken in plaats van dure chemische oxidanten als reactanten, en afvalwaterzuivering die lucht gebruikt om schadelijke verontreinigende stoffen te verwijderen.

Hoofdauteur Dr. Assad Mahmood, van imperial's Department of Chemistry, zei: "We hebben een nieuwe methode ontwikkeld om een reeks 'single-atom' katalysatoren te creëren, die de basis vormen voor een nieuwe reeks chemie en elektrochemie. Het proces biedt kansen. Concreet gebruikten we een synthetische methode genaamd 'transmetalation' die de vorming van ijzerclusters tijdens de synthese voorkomt. Dit proces kan nuttig zijn voor andere wetenschappers die soortgelijke katalysatoren nuttig willen maken. "