(PhysOrg.com) -- Brandstofcellen kunnen de auto's van de toekomst aandrijven, maar het is niet genoeg om ze gewoon te laten werken - ze moeten betaalbaar zijn. Cornell-onderzoekers hebben een nieuwe manier ontwikkeld om een ​​brandstofcelelektrokatalytisch materiaal te synthetiseren zonder de bank te breken.

Het onderzoek, online gepubliceerd 24 november in de Tijdschrift van de American Chemical Society , beschrijft een eenvoudige methode voor het maken van nanodeeltjes die de elektrokatalytische reacties in brandstofcellen op kamertemperatuur aansturen.

Brandstofcellen zetten chemische energie direct om in elektrische energie. Ze bestaan ​​uit een anode, die de brandstof oxideert (zoals waterstof), en een kathode, die zuurstof tot water reduceert. Een polymeermembraan scheidt de elektroden. Brandstofcelaangedreven auto's die tegenwoordig in productie zijn, gebruiken puur platina om de zuurstofreductiereactie aan de kathodezijde te katalyseren. Terwijl platina de meest efficiënte katalysator is die momenteel beschikbaar is voor de zuurstofreductiereactie, zijn activiteit is beperkt, en het is zeldzaam en duur.

De nanodeeltjes van de Cornell-onderzoekers bieden een alternatief voor puur platina tegen een fractie van de kosten. Ze zijn gemaakt van een kern van palladium en kobalt en bedekt met een één atoom dikke laag platina. Palladium, hoewel niet zo'n goede katalysator, heeft vergelijkbare eigenschappen als platina (het zit in dezelfde groep op het periodiek systeem der elementen; het heeft dezelfde kristalstructuur en het is vergelijkbaar in atomaire grootte), maar het kost een derde minder en is 50 keer overvloediger op aarde.

Onderzoekers onder leiding van Héctor D. Abruña, de EM Chamot hoogleraar scheikunde en chemische biologie, maakte de nanodeeltjes op een koolstofsubstraat en maakte de kern van palladium-kobalt zelf-assemblerend -- waardoor de productiekosten werden verlaagd. Eerste auteur Deli Wang, een postdoctoraal medewerker in het laboratorium van Abruña, ontwierp de experimenten en synthetiseerde de nanodeeltjes.

David Müller, hoogleraar toegepaste en technische fysica en co-directeur van het Kavli Institute bij Cornell voor Nanoscale Science, leidde de inspanningen gericht op het afbeelden van de deeltjes tot atomaire resolutie om hun chemische samenstelling en distributie aan te tonen, en om de doeltreffendheid van de katalytische omzettingen te bewijzen.

"De kristalstructuur van het substraat, samenstelling en ruimtelijke verdeling van de nanodeeltjes spelen een belangrijke rol bij het bepalen hoe goed het platina presteert, " zei Huolin Xin, een afgestudeerde student in het lab van Muller.

Het werk werd ondersteund door het Energy Materials Centre in Cornell, een door het Department of Energy ondersteunde Energy Frontiers Research Center. Onderzoekers gebruikten ook apparatuur van het Cornell Center for Materials Research.