In een studie om in te publiceren Natuur op 31 januari onderzoekers van de University of Science and Technology of China (USTC) rapporteren vooruitgang in de ontwikkeling van waterstofbrandstofcellen die de toepassing ervan in voertuigen zouden kunnen vergroten, vooral bij extreme temperaturen zoals koude winters.

Waterstof wordt beschouwd als een van de meest veelbelovende schone energiebronnen van de toekomst. Waterstofbrandstofcellen hebben een hoge energieconversie-efficiëntie en geen uitstoot. Maar de ontwikkeling van waterstofbrandstofcellen staat voor veel uitdagingen, inclusief de kwestie van koolmonoxide (CO) schade aan de brandstofcelelektroden.

Momenteel, waterstof wordt voornamelijk verkregen uit processen zoals stoomreforming van koolwaterstoffen, zoals methanol en aardgas, en watergasverschuivingsreactie. De resulterende waterstof bevat gewoonlijk 0,5 tot 2 procent sporen CO. Als het "hart" van voertuigen met waterstofbrandstofcellen, brandstofcelelektroden worden gemakkelijk verontreinigd door CO-gasverontreiniging, wat resulteert in verminderde batterijprestaties en een kortere levensduur, wat de toepassing van brandstofcellen in voertuigen ernstig belemmert.

Eerder onderzoek heeft een methode genaamd preferentiële oxidatie (PROX) geïdentificeerd als een veelbelovende manier om sporen van CO uit waterstof te verwijderen met behulp van katalysatoren. Echter, bestaande PROX-katalysatoren kunnen alleen werken bij hoge temperaturen (boven kamertemperatuur) en binnen een smal temperatuurbereik, praktische toepassingen zoals brandstofcelvoertuigen, die ook in de wintermaanden betrouwbaar moet zijn.

Nutsvoorzieningen, een USTC-team onder leiding van Junling Lu, professor aan het Hefei National Laboratory for Physical Sciences op Microscale, heeft een nieuwe structuur ontworpen van atomair gedispergeerd ijzerhydroxide op platina-nanodeeltjes om waterstofbrandstof te zuiveren over een breed temperatuurbereik van 198 tot 380 graden Kelvin. Ze ontdekten ook dat het materiaal de brandstofcellen beschermde tegen CO-vergiftiging tijdens zowel frequente koude starts als continu gebruik bij extreem lage temperaturen.

"Deze bevindingen kunnen de komst van het tijdperk van waterstof-brandstofcelvoertuigen aanzienlijk versnellen, ", aldus prof. Lu. "Ons uiteindelijke doel is het ontwikkelen van een kosteneffectieve katalysator met een hoge activiteit en selectiviteit die een continue brandstofcelbescherming aan boord biedt en die volledige en 100 procent selectieve CO-verwijdering mogelijk maakt in een brandstofcel die kan worden gebruikt voor bredere doeleinden."

Een referent van het artikel merkte op:"Bij vergelijking met andere katalysatorsystemen die in de literatuur worden vermeld, deze reverse single-atom katalysator lijkt het beste in termen van activiteit, selectiviteit, en stabiliteit in CO2-bevattende stromen."