Группа исследователей из Корнеллского университета представила новый катализатор для топливных элементов, не требующий использования дорогих металлов, таких как платина или палладий. Разработанный катализатор, основанный на никеле с углеродным покрытием, демонстрирует отличные результаты в щелочной среде, что открывает новые горизонты для его применения.
Традиционные топливные элементы функционируют в кислой среде, где драгоценные металлы необходимы для обеспечения стабильности катализаторов. Однако высокая стоимость этих металлов ограничивает их использование. В отличие от этого, новый подход предполагает использование щелочной среды, что позволяет применять более доступные металлы, такие как никель, железо и кобальт, стоимость которых значительно ниже — в 500–1000 раз.
Одной из основных проблем щелочных топливных элементов была медленная реакция окисления водорода. Никель, хотя и подходящий, имеет недостаток — он быстро окисляется и теряет свою активность. Учёные решили эту задачу, покрыв никель тончайшим слоем углерода из графена толщиной всего 3-4 атома, что позволяет защитить никель от окисления и сохранить его активность.
Эксперименты показали, что мощность катализатора достигает 1 Вт на квадратный сантиметр, что превышает ожидаемые показатели Министерства энергетики США для технологий с драгоценными металлами. Результаты тестов, проводимых в условиях, имитирующих работу топливных элементов, подтвердили эффективность углеродного покрытия в предотвращении проникновения кислорода.
Хотя время работы текущей системы составляет примерно 2000 часов, что меньше целевого показателя в 15 000 часов, учёные настроены оптимистично и уверены, что дальнейшие инженерные разработки позволят достичь необходимой долговечности. В будущем такая технология может найти применение в автомобильной индустрии, а также в стационарных и мобильных генераторах, что особенно актуально для удалённых регионов.