Polttokennot voisivat olla puhdas ja tehokas tapa ajaa autoja, tietokoneita ja voimaloita, mutta niiden vaatima kallis platina rajoittaa niiden käyttöönottoa. University of California Riversiden tutkijat ovat kehittäneet uuden edullisen ja tehokkaan katalyyttimateriaalin polymeeri-elektrolyyttikalvon polttokennolle (PEMFC).
PEMC-elektrolyytti muuttaa vedyn kemiallisen energian sähköksi ja on yksi lupaavimmista polttokennotyypeistä sähköautoihin ja elektroniikkaan. Kehitetty katalyytti on valmistettu huokoisista hiilikuiduista ja upotettu yhdisteeseen, joka on tehty suhteellisen runsaasta metallista, kuten koboltista, joka on yli sata kertaa edullisempi kuin platina.
Akkujen tapaan polttokennot sisältävät positiivisen ja negatiivisen elektrodin sekä elektrolyytin. Kun vetypolttoainetta ohjataan anodiin, katalyytti erottaa vetymolekyylejä positiivisesti protoneiksi ja negatiivisiksi elektroneiksi.
Elektronit ohjataan ulkoisen piirin kautta tekemään hyödyllistä työtä, kuten sähkömoottorin pyöritystä, ennen kuin ne sitoutuvat positiivisesti varautuneisiin vetyioneihin ja happeen muodostaen vettä. Platinan korkea hinta on johdattanut etsimään vaihtoehtoisia katalyyttimateriaaleja.
Käyttämällä elektrospinning-tekniikkaa UCR-tutkijat tekivät paperin ohuita hiilikuitujen arkkeja, jotka sisälsivät metalli-ioneja - joko kobolttia, rautaa tai nikkeliä. Kuumennettaessa ionit muodostavat ultrapuhtaita metallien nanohiukkasia, jotka katalysoituvat hiilen muunnoksessa korkean suorituskyvyn grafiittiseksi hiileksi. Sen jälkeen metalliset nanopartikkelit ja jäljelle jäänyt ei-grafiittinen hiili hapettuvat, mikä johtaa huokoiseen ja hyödylliseen metallioksidipartikkeleiden hajaantumiseen grafiitin huokoiseen verkkoon.
Tutkimusta johtanut professori David Kisailus ja hänen tiiminsä yhteistyö Stanfordin yliopiston tutkijoiden kanssa määrittelivät, että uudet materiaalit toimivat yhtä hyvin kuin alan standardit platina-hiilijärjestelmät, mutta murto-osalla kustannuksista.
Kisailus totesi, että lisäetuna katalyyttisestä nanokomposiitista oli, että sen grafiittinen kuitu tuotti luonnostaan lujuutta ja kestävyyttä, mikä mahdollistaisi sen toimivan sekä polttoainekatalysaattorina että mahdollisesti rakenteellisena komponenttina.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 2.2.2018
