Международна група от изследователи разработи катализатор на базата на син пигмент. Когато се нанася върху въглеродна пластина, той позволява на горивния елемент да достигне рекордна специфична мощност от 902 mW/cm². Катализаторът може значително да намали зависимостта на анионообменните мембранни горивни елементи от скъпата и рядка платина.

Горивните елементи произвеждат електроенергия чрез електрохимични реакции, за ускоряването на които се използват катализатори. Обикновено върху катода се нанасят наночастици от платина, за да се ускори редукцията на кислорода. Платината е изключително ефективна, но е скъпа и запасите ѝ са ограничени. Анионообменните мембранни горивни елементи (AEMFC) могат да бъдат един от начините за решаване на проблема: те работят в относително меки алкални условия, така че за тях са по-подходящи катализатори без платина.

Международен екип от изследователи се обърна към металофталоцианините, група синтетични сини пигменти, използвани в най-различни отрасли. Те са изградени на базата на метален комплекс, евтини са и тяхната молекулна структура може да бъде модифицирана. От тях учените синтезираха нов тип катализатори. Първият, FeAzPc-4N върху проводим въглерод Ketjen Black, получи обозначението AZ-FT-30. Версията с по-високо съдържание на азот, FeAzPc-8N8Me, беше наречена AZ-FO-30. Електронната микроскопия и елементният анализ показаха, че молекулите, съдържащи желязо, са разпределени по въглерода на атомно и молекулно ниво, като не образуват по-големи частици.

Тестовете

Последващите тестове разкриха значителна разлика в производителността между катализаторите. При 80 °C първият вариант (AZ-FT-30) достигна пикова специфична мощност от 744 mW/cm², докато AZ-FO-30 — 902 mW/cm². Според изследователите това е най-високата специфична мощност, отчетена за катод на AEMFC с металофталоцианинов катод. Освен това той демонстрира обнадеждаваща дълготрайност: AZ-FO-30 работи 35 часа при постоянно натоварване от 400 mA/cm² със средна скорост на деградация от 2,4 mV/h, пише IE.

Електрохимичните повърхности на катализаторите бяха почти идентични, 155,8 и 157,5 m²/g, което означава, че разликата в производителността се дължи на свойствата на молекулите, а не на количеството на достъпната повърхност. Това предположение беше потвърдено и от компютърното моделиране.

„Чрез настройване на структурата на тези молекули на синия пигмент успяхме да засилим взаимодействието в активния център и да превърнем това в реален ръст на производителността на горивния елемент“, заключи Хироши Ябу от Университета Тохоку, един от ръководителите на изследването. Той добави: „Тази работа показва, че прецизният молекулен дизайн може да преодолее разликата в производителността между платиновите и неплатиновите катализатори.“

Премахването на платината от уравнението е точно онзи тласък, от който водородната икономика се нуждаеше, за да се превърне в реална алтернатива на традиционните горива и батерии. Това е ясен знак, че чистата енергетика става все по-достъпна и икономически изгодна.