Új katalizátor kínál megoldást arra, hogy a nagy teljesítményigényű járművek is hidrogén üzemanyaggal közlekedhessenek. A fejlesztés elérheti a tartósság és a hatékonyság kényes egyensúlyát.
Az Egyesült Államok Energiaügyi Minisztériumának Brookhaveni Nemzeti Laboratóriumában dolgozó kutatók olyan katalizátort hoztak létre, amely javíthatja a hidrogén üzemanyagcellás járművek teljesítményét és tartósságát.
A fejlesztés különösen a teherautók és más nehézgépjárművek számára jelenthet előnyt, hiszen ezek hosszú távon igényelnek nagyobb teljesítményt.
A Nature Communicationsben megjelent tanulmány fontos lépés a hidrogén üzemanyagcellás technológia kereskedelmi flottákban történő alkalmazása felé.
Az üzemanyagcellák különféle üzemanyagokból képesek villamos energiát előállítani. Ha hidrogént és oxigént használnak, az egyetlen melléktermék a víz. A személyautókban használt üzemanyagcellák már ma is jól működnek, de egyre nagyobb az igény arra, hogy buszokat, teherszállító teherautókat és távolsági járműveket is ilyen módon hajtsanak meg.
A fő kihívás az, hogy elég strapabíró és hatékony katalizátorokat tervezzenek ezekhez a körülményekhez – mutat rá a labor közleménye.
„A katalizátorok azok az összetevők, amelyek lehetővé teszik az elektródákon a kémiai reakciókat az üzemanyagcellán belül – nyilatkozta Kotaro Sasaki kutatásvezető kémikus. Ezek az anyagok, amelyek gyakran fémekből készülnek, összehozzák a reagáló anyagokat, és csökkentik a reakcióhoz szükséges energiát.”
A katalizátornak azonban újra és újra el kell látni ezt a feladatot nehéz körülmények között, például magas hőmérsékleten vagy erősen savas közegben. „A mi vizsgálatunk arra összpontosított, hogy olyan katalizátort tervezzünk, amely tartósan magas teljesítményt nyújt” – állítja Sasaki.
A tudósok egy olyan, nitrogénnel dúsított katalizátort alkottak, amely öt fém: platina, kobalt, nikkel, vas és réz keverékéből áll. Az ilyen anyagokat „nagy entrópiájú intermetallikus” anyagoknak nevezik, mivel több elemet tartalmaznak egy rendezett atomi szerkezetben. Ezek az anyagok különösen stabilak, ezért ígéretesek lehetnek szélsőséges körülmények között.
A kutatók atom szinten vizsgálták az anyagot, és felfedezték, hogy az új katalizátor szerkezetében apró torzulások találhatók, amelyeket részben „szub-ångström feszültség” okoz. Ezek a finom atomi elmozdulások – amelyek jóval kisebbek egy atom szélességénél – a fémek és nitrogénatomok közötti erős kötéssel együtt különösen aktívvá és tartóssá teszik a katalizátort.
A teherautók működését szimuláló teszteken a katalizátor több mint 90 000 cikluson keresztül fenntartotta a teljesítményét, ami 25 000 óra folyamatos működésnek felel meg.
„Ezek az eredmények gyakorlati utat mutatnak az olyan üzemanyagcella-rendszerek megépítéséhez, amelyek a holnap teherautóit és buszait hajtják – vizionálta Xueru Zhao, a tanulmány társszerzője. – A mi katalizátorunk nemcsak a piaci igényeket elégíti ki, hanem megalapozza a technológia széles körű elterjedését a nehézgépjárművek szállításában.”
A tudós megjegyezte: azáltal, hogy feltárták azokat az atomi szintű mechanizmusokat, amelyek ennyire hatékonnyá teszik ezt a katalizátort, „megnyílt az út a gyakorlati technológiák előtt, amelyek már megfelelnek az iparág igényeinek”.
A címlapkép illusztráció. Forrás: Freepik
A Paksi Atomerőmű üzemben tartása érdekében végzett munkálatokról számolt be a miniszterelnök.