Onderzoekers van het Institut National de la Recherche Scientifique, Québec onderzoekt riet, lange wetlandsinstallaties, om goedkopere katalysatoren te maken voor krachtige brandstofcellen.

Als gevolg van de stijgende wereldwijde vraag naar energie en de dreiging die wordt veroorzaakt door milieuvervuiling, de zoektocht naar nieuwe, schone energiebronnen zijn ingeschakeld.

In tegenstelling tot een batterij, die elektriciteit opslaat voor later gebruik, een brandstofcel wekt elektriciteit op uit opgeslagen materialen, of brandstoffen.

Brandstof op waterstofbasis is een zeer schone brandstofbron die alleen water als bijproduct produceert, en zou fossiele brandstoffen effectief kunnen vervangen. Om waterstofbrandstof levensvatbaar te maken voor dagelijks gebruik, high-performance brandstofcellen zijn nodig om de energie uit de waterstof om te zetten in elektriciteit.

Waterstofbrandstofcellen gebruiken platinakatalysatoren om energieconversie te stimuleren, maar het platina is duur, goed voor bijna de helft van de totale kosten van een brandstofcel volgens Qiliang Wei, een doctoraat student in Shuhui Sun's groep van het Institut National de la Recherche Scientifique – Énergie, Matériaux et Télécommunications die goedkopere alternatieven voor platinakatalysatoren bestudeert.

Dit is waar riet in beeld komt. Zoals werd gepubliceerd in Wei's recente paper, "Een actieve en robuuste Si-Fe/N/C-katalysator afgeleid van afvalriet voor zuurstofreductie, "riet is rijk aan silicium, en als organisch materiaal, ze zijn ook een bron van koolstof.

Een mogelijke vervanging voor de platinakatalysator bestaat uit ijzer, stikstof- en koolstofverbindingen, en hoewel het veelbelovend is, het heeft wel wat problemen. Het is veel minder stabiel dan platina, en hoewel veel goedkoper, de materialen die nodig zijn om koolstof te verkrijgen, kunnen nog steeds duur zijn. Silicium, zoals dat gevonden wordt in riet, zou de activiteit van de katalysator kunnen verbeteren door meer stikstof te laten groeperen met ijzer, en het bevordert ook de grafitisering, het proces van het vormen van koolstof tot grafiet in een ander materiaal, wat de stabiliteit van de katalysatoren zou kunnen verbeteren.

De ontdekking van het nut van silicium in dit proces helpt ook om het probleem van kosten, door riet en overgebleven verdorde rietstengels die van nature voorkomen aan het einde van de levenscyclus van de plant te gebruiken als bron van zowel koolstof als silicium. Wei was in staat om biomassa van rietafval te gebruiken om de ijzer-stikstof-koolstofkatalysatoren te produceren en, met behulp van de Canadese lichtbron, kon de rol van silicium in deze katalysatoren bevestigen door hun prestaties met en zonder toevoeging van silicium te karakteriseren.

Echter, Wei's werk is nog niet gedaan. De samenstelling van de katalysator moet worden geoptimaliseerd, dan kan het gebruik van deze van rietafval afgeleide katalysatoren in brandstofcellen levensvatbaar zijn. Het zou ook kansen kunnen creëren voor nieuwe vormen van batterijen. Metaal-luchtbatterijen gebruiken dezelfde platinakatalysatoren als brandstofcellen om elementen in de lucht als positieve pool te gebruiken, in plaats van een duurder metaal.

"Voor het werk in deze krant, we hebben alleen de prestaties van een halve cel getest. In de volgende stap, we zullen het toepassen op een echte brandstofcelstapel, die dichter bij de echte toepassing ligt, " zei Wei. "Soms is de katalysator erg goed voor een halve cel, maar is mogelijk niet erg efficiënt voor een volledige cel. Als we het proberen te gebruiken met de volledige brandstofcel, we moeten mogelijk meer parameters optimaliseren, zoals de koolstofstructuur."

"Als we afval kunnen omzetten in waarde toevoegen aan materialen, het zal van groot belang zijn voor de industrie. Ons experiment hier biedt een veelbelovende route die kan worden gebruikt om zeer actieve en stabiele katalysatoren voor brandstofcellen te ontwerpen, ' zei Wei.