(PhysOrg.com) -- Wetenschappers van Pacific Northwest National Laboratory en Princeton University hebben een nieuwe koolstofondersteuning ontwikkeld die de duurzaamheid van protonenuitwisselingsmembraanbrandstofcellen aanzienlijk verhoogt. Dit nieuwe materiaal verbetert de stabiliteit van de brandstofcelkatalysator aanzienlijk en zal mogelijk de kosten van deze brandstofcellen verlagen. Dit baanbrekende onderzoek kwam op nummer één van de meest gedownloade lijst van Elektrochemische communicatie artikelen dit najaar.

Momenteel, protonenuitwisselingsmembraanbrandstofcellen worden niet veel gebruikt vanwege de hoge fabricagekosten en het relatief lage uithoudingsvermogen. Om commercieel levensvatbaar te zijn, de kosten moeten drastisch worden verlaagd. Deze nieuwe koolstofsteunen kunnen precies dat doen.

In de brandstofcel van vandaag, platina katalyseert de reactie. De omstandigheden in de brandstofcel zijn behoorlijk zwaar:hoge druk, hoge temperatuur. Onder deze voorwaarden, sommige platinadeeltjes vliegen van de steun af, waardoor ze niet beschikbaar zijn om de reacties te versnellen. Sommige deeltjes klonteren samen. Wanneer dit gebeurt, de deeltjes hebben minder oppervlakte. En, het is aan de oppervlakte waar de reactie plaatsvindt. Dus, minder oppervlakte, minder katalyse. Het team onderzocht een nieuw type ondersteuning.

Voor deze studie is ze sneden grafiet, vergelijkbaar met de koolstof in een potlood, in enkele atomaire lagen om dichte gerimpelde vellen te vormen die gefunctionaliseerde grafeenvellen worden genoemd.

Vervolgens, zij behandelden deze platen met de platinakatalysator. Met behulp van een transmissie-elektronenmicroscoop, ze zagen het verschil in hoe de katalysatordeeltjes waren bevestigd aan de grafeenvellen en een commerciële drager. De afbeeldingen toonden duidelijk een uniforme verdeling van veel kleinere platina-nanodeeltjes op het grafeen. Met behulp van een röntgenfoto-elektronenspectrometer, ze bewezen dat grafeen meer functionele groepen beschikbaar heeft om de platinakatalysator te binden in vergelijking met de commerciële drager. Beide instrumenten zijn bij DOE's EMSL, een wetenschappelijke gebruikersfaciliteit bij PNNL.

Hun conclusie was dat de grafeenplaten een sterkere metaal-dragerinteractie hebben en kleinere katalysatordeeltjes produceerden die beter bestand waren tegen afbraak. Gefunctionaliseerde grafeenvellen kunnen mogelijk leiden tot een stabieler, efficiënt, en goedkopere brandstofcel.

Deze studie legt de basis voor toekomstig werk met dit veelbelovende koolstofmateriaal. Toekomstig onderzoek zal zich richten op het verhogen van de efficiëntie van de materiaalfabricage en de duurzaamheid van de grafeenplaten.