Розроблено новий метод синтезу каталізатора для паливних елементів, що працює при кімнатній температурі та демонструє рекордну ефективність і довговічність.

Сучасні паливні елементи потребують стабільних і високопродуктивних каталізаторів, проте традиційні матеріали страждають від розчинення металів та агломерації частинок. Це призводить до падіння активності й зростання витрат на заміну. Науковці під керівництвом доктора Сун Чон Ю з Корейського інституту науки і технологій (KIST) створили технологію, яка усуває ці недоліки, використовуючи ультразвук для побудови наноструктур без нагрівання.

Новий каталізатор NiPt-SP складається з платини та нікелю, організованих у порожнисті нанокуполи. Таке розташування атомів утворює велику реакційну поверхню та зменшує втрати активних частинок. Як вказують автори, атомний аналіз підтвердив наявність впорядкованої інтерметалічної фази Ni?Pt?, що є рідкісним результатом при синтезі без високотемпературної обробки.

Раніше для отримання подібних структур застосовували багатоступеневі процеси при температурах понад 600 °C. Тепер дослідники використовують «ультразвуковий пристрій, схожий на той, що застосовується для чищення окулярів», який природним чином впорядковує атоми металів. Це спрощує виробництво, скорочує витрати та підвищує стабільність матеріалу в реальних умовах експлуатації.

Випробування показали, що новий матеріал має у 7 разів більшу масову активність у напівелементних тестах і в 5 разів — у повноелементних. За протоколами Міністерства енергетики США він зберіг стабільність понад 42 000 годин, що у 4,2 рази перевищує ресурс сучасних аналогів. Така довговічність здатна зменшити витрати на обслуговування вантажівок, автобусів, кораблів і стаціонарних електростанцій на водні.

Оскільки каталізатори формують понад 30 % вартості систем паливних елементів, продовження їхнього ресурсу та зростання ефективності істотно підвищує економічну привабливість технології. «Наш каталізатор має унікальну наноструктуру у формі купола з точно розташованими атомами… ми вважаємо, що ця технологія може зіграти значну роль у просуванні комерціалізації водневих паливних елементів та досягненні вуглецевої нейтральності», — наголосив д-р Ю.

Дослідницька команда вже працює над розширенням підходу для різних комбінацій перехідних металів і проводить тестування паливних елементів на рівні стека для автомобільних застосувань. Результати дослідження опубліковані в журналі Advanced Materials (імпакт-фактор 29,4), що підкреслює його наукову значущість.