Innowacyjne katalizatory dla ogniw paliwowych

Ogniwa paliwowe, które przekształcają energię chemiczną w elektryczność, stanowią czystą alternatywę wobec spalania paliw kopalnych. Platyna jest jednym z najczęściej używanych katalizatorów, które przyspieszają reakcję chemiczną FC. Wprawdzie platyna jest skuteczna, jednak jest ona wciąż bardzo droga.

Finansowany przez UE projekt SMARTCAT (Systematic, material-oriented approach using rational design to develop break-through catalysts for commercial automotive PEMFC stacks) zmniejsza zawartość platyny poprzez zastępowanie jej innymi materiałami, takimi jak określone klastry stopów trójskładnikowych. Skuteczne opracowanie tych materiałów stanowi następny krok w kierunku wyeliminowania największej przeszkody na drodze do szerokiej komercjalizacji technologii FC.

Zaawansowane techniki obliczeniowe opracowane w ramach projektu SMARTCAT pomagają określić optymalny skład i geometrię klastra. Działania te są wspierane przez analizę elektrochemiczną przygotowywanych odpowiednich katalizatorów.

Wysoko wydajne, trójmetaliczne, katalityczne warstwy nanostrukturalne o ultraniskiej zawartości platyny powinny stanowić przełom w rozwoju katalizatorów. Naukowcy ocenili katalizatory na bazie stopów platyny, palladu i złota. Ustalono, że utrzymywanie stężenia złota na poziomie poniżej 25% zwiększa aktywność katalityczną. Zespół zbadał ponadto inne obiecujące katalizatory trójmetaliczne bazujące na stopach platyny, złota i niklu lub miedzi lub kobaltu.

Kolejnym obszarem zainteresowania projektu było opracowanie wydajnych podłoży elektrodowych dla katalizy utleniania wodoru oraz redukcji tlenu, będących w stanie wytrzymać wysokie napięcia i temperatury. Dotychczas naukowcy opracowali zarówno podejście obliczeniowe, jak i doświadczalne dla budowy nowych i wydajnych podłoży o wystarczającej przewodności i odporności na korozję podczas eksploatacji FC.

Oczekuje się, że przełomowe katalizatory opracowywane w ramach projektu SMARTCAT obniżą koszty zespołu elektrod membranowych o około 35%, stawiając Europę na czele rozwoju FC w zastosowaniach motoryzacyjnych. Zrównoważona produkcja energii w oparciu o wydajną i opłacalną technologię stanowi jeden z najważniejszych celów w Europie. Opracowywanie nowych stopów w ramach projektu SMARTCAT może wspierać przyszłą europejską gospodarkę wodorową.