Новый экономичный однореакторный метод создания эффективных и экологически чистых электрокатализаторов для топливных элементов разработали молодые ученые Химического факультета ЮФУ, 30 октября сообщает пресс-служба вуза.

Катализаторы, созданные по новой технологии, по результатам исследования превзошли по своим характеристикам импортные аналоги и будут востребованы отечественной промышленностью, заявляют разработчики.

В современную эпоху перехода к возобновляемым источникам энергии большое внимание уделяется развитию водородной энергетики, поскольку работающие на водородном топливе устройства имеют высокий кпд преобразования энергии и не загрязняют окружающую среду.

Ток в водородо-воздушных топливных элементах производится за счет реакций окисления водорода на аноде и восстановления кислорода на катоде — происходит преобразование химической энергии непрерывно подающегося топлива в электричество. При этом протекание таких реакций требует наличия катализатора.

Как рассказали специалисты лабораторий «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» и «Новые материалы для электрохимической энергетики» химфака ЮФУ, в настоящее время самым широко используемым коммерческим катализатором для водородных топливных элементов являются наночастицы платины.

Поскольку ранее было установлено, что биметаллические наночастицы в качестве электрокатализаторов могут иметь более высокую активность в реакции восстановления кислорода, чем чистая платина, ученые ЮФУ решили исследовать новый тип катализаторов на основе биметаллических наночастиц из платины и никеля.

Для этого ими был разработан метод получения таких катализаторов, применение которого позволило получать электрокатализаторы, более активные в реакции восстановления кислорода, чем катализаторы на основе чистой платины.

Ведущий научный сотрудник химфака ЮФУ Анастасия Алексеенко пояснила: «Основной задачей нашего исследования является создание электрокатализаторов, проявляющих высокие функциональные характеристики, и перспективных для дальнейшего применения в топливных элементах. Мы попытались получить платино-никелевые наночастицы на поверхности углеродного носителя для дальнейшего исследования их каталитической активности в реакции восстановления кислорода (реакция на катоде топливного элемента)».

Ученые ЮФУ провели комплексное исследование полученных материалов и изучили влияние их микроструктуры на функциональные характеристики, получив результаты, имеющие фундаментальное значение.

При этом разработанный ими подход позволил синтезировать катализаторы с характеристиками, превосходящими импортный аналог, что имеет уже прямое прикладное значение, отметила Анастасия Алексеенко.

Результаты исследования нового метода были представлены в статье «Платиноникелевые электрокатализаторы для катода топливных элементов с протонообменной мембраной: их синтез, кислотная обработка, микроструктура и электрохимическое поведение», опубликованной в журнале Energies.

«В нашей работе был сделан упор на разработку простого однореакторного метода получения PtNi/C катализаторов, отличающихся повышенной активностью в реакции восстановления кислорода. Также мы показали, что кислотная постобработка улучшает функциональные характеристики биметаллических электрокатализаторов, повышая их активность в реакции восстановления кислорода в среднем в 2 раза», — рассказала магистр Екатерина Кожокарь.

Учеными, таким образом, была разработана не только методика синтеза активных биметаллических катодных катализаторов, но и установлена важность постобработки — дополнительной стадии синтеза PtNi/C электрокатализаторов.

Исследование микроструктуры полученных по новой технологии катализаторов было проведено методом просвечивающей электронной микроскопии на базе ЦКП «Высокоразрешенная электронная микроскопия» ЮФУ. В результате было доказано, что синтезированные наночастицы являются биметаллическими, также были определены средний размер наночастиц и их распределение по носителю.

В дальнейшем молодым ученым предстоит исследование стабильности новых катализаторов методом ускоренного стресс-тестирования, а также изучение поведения материалов в топливном элементе.