5 دسامبر 2024 -توسط موسسه علم و فناوری Daegu Gyeongbuk-اعتبار: مجله انجمن شیمی آمریکا (2024).
یک تیم تحقیقاتی فناوری جدیدی را توسعه داده اند که به طور چشمگیری دوام کاتالیزورهای آلیاژی را بهبود می بخشد، یک جزء حیاتی در سلول های سوختی. این تیم با ترکیب نیتروژن در ساختار آلیاژی، به هزینه بالا و دوام کم کاتالیزورهای پلاتین (Pt) که دو مانع اصلی برای تجاری سازی سلول های سوختی غشای تبادل پروتون (PEMFC) برای وسایل نقلیه دوستدار محیط زیست است، پرداختند.
با تشدید تلاش های جهانی برای تجاری سازی پیل های سوختی هیدروژنی، محققان به طور فزاینده ای بر روی غلبه بر چالش های فنی کلیدی متمرکز شده اند. در میان راه حل‌های بالقوه، آلیاژهای پلاتین-کبالت (PtCo) عملکرد استثنایی از خود نشان داده‌اند اما در استفاده طولانی‌مدت با محدودیت‌هایی مواجه هستند که دلیل آن هزینه و دوام بالا است، که عمدتاً ناشی از انحلال آسان کبالت است.
برای مقابله با این چالش ها، پروفسور Jongsung Yu از تیم DGIST یک روش سنتز خلاقانه را ایجاد کرد که نیتروژن را در آلیاژهای PtCo ادغام می کند. این رویکرد دوپینگ نیتروژن به طور قابل توجهی دوام آلیاژها را با تثبیت کبالت از طریق پیوند کبالت-نیتروژن بهبود می بخشد و به طور موثر از انحلال آن جلوگیری می کند. این فناوری نه تنها میزان پلاتین مورد نیاز را کاهش می‌دهد، بلکه عملکرد و دوام بالایی را نیز حفظ می‌کند و راه را برای تجاری‌سازی پیل‌های سوختی کم پلاتین و پایداری بالا هموار می‌کند.
این کار در مجله American Chemical Society منتشر شده است.
آلیاژ PtCo دوپ شده با نیتروژن جدید به دلیل ساختارهای PtCo سفارش داده شده آن در سطح و درون آلیاژ و همچنین پایداری ساختاری استثنایی آن که از طریق پیوند کبالت-نیتروژن حاصل می شود، قابل توجه است. تجزیه و تحلیل های شیمیایی محاسباتی انجام شده توسط پروفسور Seoin Baek از دانشگاه Sogang نشان داد که این پیوند قوی کبالت-نیتروژن انرژی انحلال کبالت را تقریباً دو برابر افزایش می دهد و به طور قابل توجهی پایداری کبالت را در آلیاژ افزایش می دهد.
علاوه بر این، این آلیاژ از اهداف دوام سال 2025 که توسط وزارت انرژی ایالات متحده تعیین شده بود در ارزیابی دوام تسریع شده پیشی گرفت و از کاتالیزورهای تجاری موجود هم در عملکرد و هم در طول عمر بهتر عمل کرد.
پروفسور یو گفت: «تحقیق ما بر روی پرداختن به محدودیت های دوام آلیاژهای موجود برای افزایش قابل توجه عملکرد پیل سوختی متمرکز بود.ما با پیشرفت کاربرد آلیاژهای پلاتین-کبالت با عملکرد اولیه فوق‌العاده برای پیل‌های سوختی عملی، فناوری‌ای را توسعه داده‌ایم که نیازهای طول عمر و کارایی پیل‌های سوختی هیدروژنی را برآورده می‌کند. امیدواریم این دستاورد به ساخت پیل‌های سوختی هیدروژنی کمک کند. راه حل انرژی پایدار در کاربردهای مختلف، از جمله خودرو، دریایی، هوانوردی و بخش‌های تولید برق.
