Żelatyna zamiast platyny w ogniwach paliwowych

galareta

Nowy katalizator bazujący na żelatynie stworzyli naukowcy z University of Birmingham. Substancja może zastąpić platynę, która stanowi ponad 40% kosztów budowy ogniwa paliwowego.

Katalizator to substancja, której obecność wywołuje zmianę szybkości reakcji chemicznej. Po przereagowaniu substratów katalizator pozostaje w niezmienionej ilości i postaci chemicznej.

Reakcje chemiczne przedstawiają poniższe wzory:

Reakcja bez katalizatora:
A + B → AB

Reakcja z katalizatorem:
A + K → AK (produkt przejściowy)
AK + B → AB + K (produkt końcowy + odtworzony katalizator)

Ogniwa paliwowe generują energię elektryczną na skutek zachodzących reakcji chemicznych. Reakcje wymagają zastosowania katalizatora z drogich metali, obecnie najczęściej platyny. Spalające wodór ogniwa paliwowe wymagają platynowych elektrod do reakcji redukcji tlenu. Ze względu na duże koszty materiałów (średnia cena uncji platyny w ostatnich latach oscyluje około 1500$) ogniwa paliwowe wciąż czekają na przełom i rozwój technologii.

Już wcześniej informowaliśmy na temat materiałów, które pozwalają na zmniejszenie zużycia platyny do 1/10 ilości stosowanej obecnie. Naukowcy przeprowadzali także testy nad zastąpieniem platyny nanorurkami węglowymi. Teraz inżynierowie z Birmingham opublikowali wyniki badań substancji na bazie żelatyny, która może stać się kluczem do komercyjnego upowszechnienia się ogniw paliwowych.

Zespół badawczy pod kierownictwem dr Zoe Schnepp użył żelatyny – mieszanki białek i peptydów, pozyskiwanych ze skóry, chrząstek i kości zwierzęcych. Żelatyna wykorzystywana jest w przemyśle spożywczym jako emulgator i środek żelujący, w przemyśle kosmetycznym i farmaceutycznym jako zagęszczacz.

Dodanie cząsteczek azotanu żelaza oraz azotanu magnezu do żelatyny, spowodowało powstanie wielofazowej, gąbczastej struktury C/Fe3C/MgO. Następnie gąbka została podgrzana, dzięki czemu powstały nanocząstki węglika żelaza, które łatwo rozpuścić. Kolejnym krokiem było wypłukanie cząsteczek, które pozostawiły po sobie puste miejsca – pory, o stosunkowo dużej średnicy – około 100 mikrometrów. Uformowana struktura z otworami jak puste kapsułki utworzyła materiał o bardzo dużym polu powierzchni. Tak złożona, porowata struktura może być wykorzystana jako katalizator do ogniw paliwowych, ponieważ gwarantuje swobodny przepływ paliwa i tlenu, wykazując jednocześnie odpowiednią aktywność katalityczną dla reakcji redukcji tlenu – kluczowego procesu w produkcji energii przez ogniwa.

Badania te mogą prowadzić także do dalszych odkryć. Zespół dr Schnepp opracował tanią i szybką metodę tworzenia nanocząstek węglika żelaza w porowatej sieci. Obecnie prowadzone są badania nad zastosowaniem węglików metali jako zamienników dla katalizatorów z metali szlachetnych. Nowa metoda może mieć duży wpływ na przemysł chemiczny rozwijający się w tym kierunku.

Chociaż materiał na bazie żelatyny nie pokona platyny i innych drogich metali na polu wydajności, to jednak jest od nich znacznie tańszy. Pokonanie bariery kosztów związanych z przyjęciem technologii ogniw paliwowych może być kwestią czasu.

Źródło:
[1] Doped-carbon electrocatalysts with trimodal porosity from a homogeneous polypeptide gel. Zoe Schnepp, Yuanjian Zhang, Martin J. Hollamby, Brian R. Pauw, Masahiko Tanaka, Yoshitaka Matsushitad and Yoshio Sakkad. J. Mater. Chem. A, 2013
[2] http://www.rsc.org/suppdata/ta/c3/c3ta12996a/c3ta12996a.pdf | 08.10.2013
[3] http://www.birmingham.ac.uk/news/latest/2013/
10/03-Oct-13-New-jelly-substance-could-replace-
platinum-in-fuel-cells.aspx | 08.10.2013
[4] http://pl.wikipedia.org/wiki/%C5%BBelatyna | 08.10.2013
[5] Tarta malinowa by Mecyje Sądeckie, flickr.com, CC BY 2.0

Dodaj pierwszy komentarz

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *