Onderzoekers van het Daegu Gyeongbuk Institute of Science &Technology (DGIST) hebben nanokatalysatoren ontwikkeld die de totale kosten van brandstofcellen met schone energie kunnen verlagen, volgens een studie gepubliceerd in het tijdschrift van Toegepaste Katalyse B:Milieu .

Polymeerelektrolytmembraanbrandstofcellen (PEMFC's) zetten de chemische energie die wordt geproduceerd tijdens een reactie tussen waterstofbrandstof en zuurstof om in elektrische energie. Hoewel PEMFC's een veelbelovende bron van schone energie zijn die op zichzelf staand en mobiel is, net als de alkalische brandstofcellen die op de Amerikaanse spaceshuttle worden gebruikt, ze zijn momenteel afhankelijk van dure materialen. Maar de stoffen die worden gebruikt voor het katalyseren van deze chemische reacties degraderen, bezorgdheid uiten over herbruikbaarheid en levensvatbaarheid.

DGIST energiemateriaalwetenschapper Sangaraju Shanmugam en zijn team hebben actieve en duurzame katalysatoren voor PEMFC's ontwikkeld die de totale productiekosten kunnen verlagen. De katalysatoren waren met stikstof gedoteerde koolstof nanostaafjes met ceria en kobalt nanodeeltjes op hun oppervlak; eigenlijk, koolstof nanostaafjes die stikstof bevatten, kobalt en ceria. Ceria (CeO ₂ ), een combinatie van cerium en zuurstof, is een goedkoop en milieuvriendelijk halfgeleidend materiaal met uitstekende zuurstofreducerende eigenschappen.

De vezels zijn gemaakt met behulp van een techniek die bekend staat als elektrospinnen, waarbij een hoge spanning wordt toegepast op een vloeistofdruppel, het vormen van een geladen vloeistofstraal die vervolgens halverwege de vlucht droogt tot uniform, nanodeeltjes. De analyses van de onderzoekers bevestigden dat de ceria- en kobaltdeeltjes gelijkmatig verdeeld waren in de koolstofnanostaafjes en dat de katalysatoren een verbeterde elektriciteitsproductiecapaciteit vertoonden.

De met ceria ondersteunde kobalt op met stikstof gedoteerde koolstof-nanostaaf-katalysator bleek actiever en duurzamer te zijn dan kobalt-alleen stikstof-gedoteerde koolstof-nanostaafjes en platina/koolstof. Ze werden onderzocht in twee belangrijke soorten chemische reacties voor energieomzetting en -opslag:zuurstofreductie en zuurstofevolutiereacties.

De onderzoekers concluderen dat ceria kan worden beschouwd als een van de meest veelbelovende materialen voor gebruik met kobalt op met stikstof gedoteerde koolstofnanostaafjes om stabiele katalysatoren te produceren met verbeterde elektrochemische activiteit in PEMFC's en aanverwante apparaten.