Войти

Модифицированные углеродные нанотрубки – основа электрокатализаторов для электрохимической энергетики

4113
0
0
ИФХЭ РАН
ИФХЭ РАН.
Источник изображения: rusnanonet.ru

Ученые ИФХЭ РАН показали, что углеродные нанотрубки, допированные азотом, фосфором и серой, могут быть использованы в качестве катодных катализаторов топливных элементов вместо традиционных - значительно более дорогих - моноплатиновых.

Активность допированных углеродных нанотрубок в реакции восстановления кислорода в щелочных электролитах приближается к активности платиновых катализаторов. Благодаря высокой каталитической активности, коррозионной стабильности и наличию на их поверхности большого числа активных центров, модифицированные углеродные нанотрубки могут быть использованы в качестве подложки для синтеза моно- и биметаллических катализаторов.

В прямых спиртовых топливных элементах модифицированные азотом и серой углеродные нанотрубки, используемые в качестве катодных катализаторов, толерантны к этанолу (в отличие от платиновых). Прямые щелочные этанольно-воздушные топливные элементы представляют большой интерес, потому что биосистемы производят в большом количестве жидкое топливо - этанол, который не требует создания специальных систем хранения и распределения.

Второй путь по созданию коммерчески более выгодных катализаторов связан не с полной заменой платины, а с уменьшением ее расхода. Наночастицы катализатора PtCoCr/C имеют структуру "ядро-оболочка". Поверхность (оболочка) наночастиц обогащена платиной, каталитическая активность и стабильность которой превосходит Pt в моноплатиновых катализаторах.

Достигнутые характеристики являются результатом изменения структурных и электронных параметров, ослабления взаимодействия атомов платины в составе оболочки с молекулами воды электролита и снижения заполнения поверхности хемосорбированным кислородом. Это объясняет и увеличение скорости и селективности восстановления кислорода, и замедление коррозии при образовании сплавов платины с базовыми металлами и формировании структуры ядро-оболочка.

В таком катализаторе расход платины в составе водородо-кислородного низкотемпературного топливного элемента оказывается в два с лишним раза ниже (при сохранении характеристик топливного элемента). В составе топливных элементов платина является подходящим, но очень дорогим, катализатором для основных токообразующих реакций.

"Нанокомпозитные каталитические системы, включающие модифицированные углеродные нанотрубки - будущее электрохимической энергетики, - объясняет руководитель группы гл.н.с. д.х.н. Вера Богдановская. - Мы наблюдали снижение перенапряжения реакции электровосстановления кислорода на 150 мВ, что свидетельствует об эффективности разработанного катализатора. Но пока, к сожалению, без платины нам не обойтись".

Работы по целенаправленному созданию неплатиновых катализаторов, коммерчески более выгодных, чем платиновые, и обеспечивающие высокую активность и устойчивость к деградации в составе катодов щелочных топливных элементов, проводятся в рамках проекта "Фундаментальные исследования и разработка ключевых материалов в новых высокоэффективных щелочных мембранных топливных элементах" по гранту РФФИ (с 2019-2021 гг.), получившего поддержку, как один из лучших исследовательских проектов по приоритетным направлениям БРИКС.

Ученые ИФХЭ РАН работают совместно со специалистами из Самарского национального исследовательского университета имени академика С.П. Королёва, Самарского государственного технического университета и с зарубежными коллегами из Китая и Индии.

Топливные элементы - электрохимические устройства, которые вырабатывают электрический ток и тепло из богатого водородом топлива. Топливные элементы включают анод, катод и электролит. Со второй половины 20-го века топливные элементы были источниками электричества на космических кораблях и станциях.

В настоящее время сфера их применения значительно расширилась: топливные элементы используются как полноценные источники энерго и теплоснабжения предприятий, находящихся вдали от крупных энергетических систем: нефтяных платформ, газотранспортных магистралий, стратегических объектов, различных домов и учреждений в сельской местности. С недавнего времени топливные элементы стали применять в автомобилях (Honda, Hyundai, General Motors, Mercedes Benz и др.).

Источник: Bogdanovskaya V.A., Vernigor I.E., Radina M.V., Andreev V.N., Korchagin O.V. Catalysts. 2020, 10(8), 892. doi.org/10.3390/catal10080892; and Russuian Journal of Electrochemistry. 2020, 56(10). 809. DOI:10.134/S1023193520100043.


Иллюстрация предоставлена пресс-службой ИФХЭ РАН

Права на данный материал принадлежат RusNanoNet.ru
Материал размещён правообладателем в открытом доступе
  • В новости упоминаются
Хотите оставить комментарий? Зарегистрируйтесь и/или Войдите и общайтесь!
ПОДПИСКА НА НОВОСТИ
Ежедневная рассылка новостей ВПК на электронный почтовый ящик
  • Разделы новостей
  • Обсуждаемое
    Обновить
  • 21.11 17:03
  • 5806
Без кнута и пряника. Россия лишила Америку привычных рычагов влияния
  • 21.11 16:16
  • 136
В России запустили производство 20 самолетов Ту-214
  • 21.11 13:19
  • 16
МС-21 готовится к первому полету
  • 21.11 13:14
  • 39
Какое оружие может оказаться эффективным против боевых беспилотников
  • 21.11 12:38
  • 1
ВСУ получили от США усовершенствованные противорадиолокационные ракеты AGM-88E (AARGM) для ударов по российским средствам ПВО
  • 21.11 12:14
  • 0
Один – за всех и все – за одного!
  • 21.11 12:12
  • 0
Моделирование боевых действий – основа системы поддержки принятия решений
  • 21.11 11:52
  • 11
Почему переданные Украине ЗРС Patriot отнюдь не легкая мишень для ВКС России
  • 21.11 04:31
  • 0
О "мощнейшем корабле" ВМФ РФ - "Адмирале Нахимове"
  • 21.11 02:41
  • 1
Стало известно о выгоде США от модернизации мощнейшего корабля ВМФ России
  • 21.11 01:54
  • 1
Проблемы генеративного ИИ – версия IDC
  • 21.11 01:45
  • 1
«Тегеран считает Россию хрупкой и слабой»: иранский эксперт «объяснил» суть якобы возникших разногласий между РФ и Исламской Республикой
  • 21.11 01:26
  • 1
Пентагон не подтвердил сообщения о разрешении Украине наносить удары вглубь РФ американским оружием
  • 20.11 20:38
  • 0
Ответ на ""Сбивать российские ракеты": в 165 км от границы РФ открылась база ПРО США"
  • 20.11 12:25
  • 1
В России заявили о высокой стадии проработки агрегатов для Су-75