Istraživački tim na čelu sa profesorom Iong-Tae Kimom (Odsek za nauku o materijalima i inženjering i diplomski institut za tehnologiju gvožđa i energetskih materijala) i dr. Kandidat Sang-Hoon Iou (Odeljenje za nauku o materijalima i inženjering) u POSTECH-u je razvio selektivni katalizator koji suzbija koroziju u gorivim ćelijama koje se koriste za automobile na vodonik.
Prilagođavajući reakciju oksidacije vodonika tako da odgovara koncentraciji vodonika u gorivim ćelijama, tim je uspeo da spreči koroziju gorivih ćelija. Istraživanje je objavljeno u ACS Energy Letters.
Gorivne ćelije su podložne brojnim faktorima koji pogoršavaju njihovu trajnost. Jedna od njih je degradacija, posebno u katodnom katalizatoru, koji je rutinski izložen događajima pokretanja i gašenja automobila. Konkretno, gorivne ćelije dizajnirane za automobile doživljavaju ponavljajuće cikluse pokretanja i gašenja po prirodi.
Tokom normalnog rada vozila, gorivne ćelije se snabdevaju doslednim snabdevanjem vodonika visoke koncentracije, ali koncentracija vodonika privremeno opada kada se automobil isključi ili pokrene. Shodno tome, kada se spoljni vazduh pomeša sa vodonikom unutar gorivih ćelija, pokreće se neželjena reakcija redukcije kiseonika u anodi, što dovodi do iznenadnih potencijalnih skokova i korozije ugljenika na katodi.
Istraživački tim je konstruisao katalizator (Pt/TiO 2 ), koji sadrži platinu (Pt) nanesenu na titanijum dioksid (TiO 2 ), koji efikasno zaustavlja koroziju u gorivim ćelijama koje se koriste u automobilima na vodonik. Performanse ovog elektrokatalizatora potiču od snažne interakcije između titanijum dioksida i platine, i sposobnosti prelivanja vodonika da modifikuje površinsku provodljivost materijala kao odgovor na koncentraciju vodonika u njegovoj blizini.
Kada se vozilo iznenada zaustavi ili pokrene, koncentracija vodonika u gorivu se shodno tome smanjuje. Kao posledica ovog smanjenja koncentracije vodonika, dolazi do ekspanzije titanijum dioksida na platinu, što dovodi do toga da je platina zakopana ispod površine katalizatora.
Ovo zakopavanje platine, uzrokovano ekspanzijom titanijum dioksida, na kraju pretvara katalizator u izolator zbog niske provodljivosti titanijum dioksida. Ovaj izolacioni efekat ometa sposobnost katalizatora da sprovodi električnu energiju, čime se sprečava neželjeno smanjenje kiseonika koje bi moglo da izazove iznenadne skokove potencijala u katodi.
Nasuprot tome, tokom standardnog rada vozila, koncentracija vodonika u automobilu ostaje visoka. U uslovima tako visoke koncentracije vodonika, visoko provodljiva platina je izložena na površini katalizatora i dolazi do redukcije titanijum dioksida, što promoviše pokretljivost vodonika na površini katalizatora. Ovaj fenomen, nazvan prelivanjem vodonika, pojačava protok struje i povećava reakciju oksidacije vodonika.
Istraživački tim je takođe izvršio simulacioni test kako bi uporedio novorazvijeni katalizator i konvencionalni katalizator. Rezultati ispitivanja su pokazali da gorivne ćelije koje koriste Pt/TiO 2 katalizator pokazuju tri puta veću izdržljivost u odnosu na tradicionalne gorivne ćelije. Ovo ukazuje da je tim uspešno povećao izdržljivost gorivnih ćelija korišćenjem selektivne reakcije redukcije kiseonika i reakcije oksidacije vodonika na osnovu koncentracije vodonika.
Ako ovo istraživanje može da doprinese prevazilaženju postojećih izazova izdržljivosti sa kojima se suočavaju gorivne ćelije za vozila na vodonik, onda bi to potencijalno moglo da podigne položaj korejskih automobila na vodonik u industriji mobilnosti sledeće generacije.
