Een nieuwe methode om de reactiviteit van ultradunne nanosheets te verhogen, slechts een paar atomen dik, kan ooit brandstofcellen voor waterstofauto's goedkoper maken, vindt een nieuwe Johns Hopkins-studie.

Een verslag van de bevindingen, wordt gepubliceerd op 22 februari in Wetenschap , belooft een snellere, goedkopere productie van elektrische energie met behulp van brandstofcellen, maar ook van bulkchemicaliën en materialen zoals waterstof.

"Elk materiaal ervaart oppervlaktespanning als gevolg van de afbraak van de kristalsymmetrie van het materiaal op atomair niveau. We hebben een manier ontdekt om deze kristallen ultradun te maken, waardoor de afstand tussen atomen wordt verkleind en de reactiviteit van het materiaal toeneemt, " zegt Chao Wang, een assistent-professor chemische en biomoleculaire engineering aan de Johns Hopkins University, en een van de corresponderende auteurs van de studie.

spanning is, Kortom, de vervorming van welk materiaal dan ook. Bijvoorbeeld, wanneer een stuk papier gebogen is, het wordt op zijn minst effectief verstoord, atomair niveau; de ingewikkelde roosters die het papier bij elkaar houden, zijn voor altijd veranderd.

In dit onderzoek, Wang en collega's manipuleerden het spanningseffect, of afstand tussen atomen, waardoor het materiaal drastisch verandert. Door die roosters ongelooflijk dun te maken, ongeveer een miljoen keer dunner dan een lok mensenhaar, het materiaal wordt veel gemakkelijker te manipuleren, net zoals een stuk papier gemakkelijker te buigen is dan een dikkere stapel papier.

"We gebruiken in wezen kracht om de eigenschappen af ​​te stemmen van dunne metalen platen waaruit elektrokatalysatoren bestaan, die deel uitmaken van de elektroden van brandstofcellen, " zegt Jeffrey Greeley, hoogleraar chemische technologie aan de Purdue en nog een van de corresponderende auteurs van het artikel. "Het uiteindelijke doel is om deze methode op verschillende metalen te testen."

"Door de dunheid van de materialen af ​​te stemmen, we waren in staat om meer spanning te creëren, waardoor de eigenschappen van het materiaal veranderen, inclusief hoe moleculen bij elkaar worden gehouden. Dit betekent dat u meer vrijheid heeft om de gewenste reactie op het materiaaloppervlak te versnellen, " legt Wang uit.

Een voorbeeld van hoe het optimaliseren van reacties nuttig kan zijn bij toepassing, is het verhogen van de activiteit van katalysatoren die worden gebruikt voor brandstofcelauto's. Hoewel brandstofcellen een veelbelovende technologie vormen voor emissievrije elektrische voertuigen, de uitdaging ligt in de kosten die gepaard gaan met de edelmetaalkatalysatoren zoals platina en palladium, waardoor de levensvatbaarheid ervan wordt beperkt tot de overgrote meerderheid van de consumenten. Een actievere katalysator voor de brandstofcellen kan de kosten verlagen en de weg vrijmaken voor een wijdverbreide invoering van groene, hernieuwbare energie.

Wang en collega's schatten dat hun nieuwe methode de katalysatoractiviteit met 10 tot 20 keer kan verhogen, 90 procent minder edelmetalen gebruiken dan momenteel nodig is om een ​​brandstofcel van stroom te voorzien.

"We hopen dat onze bevindingen op een dag kunnen helpen bij de productie van goedkopere, efficiëntere brandstofcellen om milieuvriendelijke auto's toegankelijker te maken voor iedereen, " zegt Wang.