معرفی اولین کاتالیزور پیل سوختی پلاتین-منیزیم جهان برای افزایش کارایی
در تلاشی برای دگرگون کردن فناوری انرژی پاک، دانشمندان موسسه علوم و فناوری دگو گیونگ بوک اولین کاتالیزور پیل سوختی پلاتین و منیزیم را خلق کرده‌اند.
این کاتالیزور جدید که از نانوذرات آلیاژ پلاتین و منیزیم ساخته شده، انتظار می‌رود که هم بسیار کارآمد و هم بادوام باشد و بهبود قابل‌توجهی در فناوری انرژی پاک ارائه دهد.
این مطالعه در مجله Nature Communications منتشر شده است.
شتاب‌بخشی به واکنش‌ها
پیل‌های سوختی با ترکیب هیدروژن و اکسیژن برق تولید می‌کنند. پلاتین، به‌عنوان یک کاتالیزور گران‌قیمت، این واکنش‌ها را تسریع می‌کند.
با ترکیب منیزیم در آلیاژ مورد استفاده در کاتالیزور جدید، طراحی هزینه‌ها را کاهش داده و کارایی و طول عمر پیل سوختی را افزایش می‌دهد.
این یک دستاورد مهم است زیرا سال‌هاست که محققان می‌دانند آلیاژهای پلاتین با فلزات خاکی قلیایی با فعالیت کاتالیزوری بالا و پایداری بالا برای پیل‌های سوختی پتانسیل زیادی دارند.
اما چالش ایجاد این آلیاژها به شکل نانوذرات به دلیل پتانسیل‌های کاهش منفی شدید فلزات خاکی قلیایی تا به حال مانعی جدی بوده است.
در این تحقیق، پروفسور جونگ-سونگ یو و همکاران با استفاده از یک روش سیستماتیک واکنش فاز محلول این چالش را پشت سر گذاشته‌اند.
چه چیزی این فناوری جدید را این‌قدر ویژه می‌کند؟ مطالعات نظری پشتیبانی که توسط دانشگاه تگزاس در آستین انجام شده‌اند، توضیح می‌دهند که رابطه قوی بین پلاتین و منیزیم از تخریب آلیاژ در طول زمان جلوگیری می‌کند. لذا کاتالیزور برای مدت‌های طولانی مؤثر باقی می‌ماند که برای کاربردهای مختلف بسیار حیاتی است.
مطالعات نظری نشان می‌دهند که فعالیت از ترکیب اثرات لیگاند و کرنش بین هسته بین فلزی و پوسته غنی از پلاتین ناشی می‌شود، در حالی که پایداری از انرژی تشکیل جای خالی بالای منیزیم در آلیاژ نشأت می‌گیرد.
پیشی گرفتن از هدف عملکرد
آزمایشات عملی نشان داده‌اند که آلیاژ جدید از اهداف عملکردی وزارت انرژی ایالات متحده برای سال ۲۰۲۵ برای پیل‌های سوختی پیشی می‌گیرد و کارایی بالا و پایداری بلندمدت خود را به اثبات می‌رساند.
پروفسور جونگ-سونگ یو که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت اظهار کرد: «بیشتر کاتالیزورهای پیل سوختی با دوام و هزینه دست و پنجه نرم می‌کنند، اما با غلبه بر چالش سنتز، نانوذرات پلاتین منیزیم ما این مشکلات را با ترکیب سرعت واکنش عالی پلاتین با دوام و قیمت مناسب منیزیم حل می‌کنند.»
این یک گام بزرگ در جهت ایجاد پیل‌های سوختی کارآمدتر و پایدارتر است.
گیرنده اولین نویسنده این مطالعه، کالب جیان-باریما اظهار داشت: «این توسعه جدید نه تنها باعث بهبود کار پیل‌های سوختی می‌شود، بلکه راه را برای استفاده از نانوذرات پلاتین-منیزیم در سایر فناوری‌های انرژی مانند تولید هیدروژن و دیگر واکنش‌های الکتروشیمیایی نیز هموار می‌کند.»
با توجه به تغییر جهان به سمت انرژی پایدار، نوآوری‌هایی مانند این بسیار حیاتی هستند.
در این راستا، محققان بر اصلاح ترکیب آلیاژ و گسترش تولید متمرکز هستند تا این مواد پیشرفته بیشتر در دسترس قرار گیرند.
مراحل بعدی شامل بهبود آلیاژ، بررسی روش‌های تولید و همکاری با صنعت و دولت برای به بازار رساندن این نوآوری‌ها می‌شود.
این مطالعه فرصت‌های جدیدی را برای گسترش منطقه آلیاژ پلاتین به شامل فلزات خاکی قلیایی به شکل نانوذرات باز می‌کند. به علت دشواری سنتز، این حوزه به ندرت مورد بررسی قرار گرفته است.
این کار همچنین پایه‌ای برای توسعه الکتروکاتالیزورهای پایدار برای کاربردهای انرژی را فراهم می‌کند.
