Istraživači su razvili metodologiju za poboljšanje reverzibilnosti i izdržljivosti elektroda koristeći bifunkcionalne katalizatore legure platine i nikla sa oktaedarskom strukturom koja pokazuje i reakcije redukcije kiseonika i generisanja. Studija je objavljena u časopisu Napredni energetski materijali.
Bifunkcionalni katalizatori su nova generacija katalizatora koji istovremeno proizvode vodonik i kiseonik iz vode koristeći jedan katalizator.
Trenutno, elektrohemijski sistemi kao što su tehnologija elektrolize vode i CCU (hvatanje i korišćenje ugljen-dioksida) koriste odvojene katalizatore za obe elektrode, što rezultira visokom jediničnom cenom proizvodnje vodonika. Bifunkcionalni katalizatori koji se mogu sintetizovati u jednom proizvodnom procesu privlače pažnju kao tehnologija koja može smanjiti troškove proizvodnje i povećati ekonomsku efikasnost tehnologija elektrohemijske konverzije energije.
Međutim, problem sa bifunkcionalnim katalizatorima je u tome što nakon svake elektrohemijske reakcije koja generiše vodonik i kiseonik, performanse drugih reakcija se smanjuju zbog strukturnih promena u materijalu elektrode. Stoga, da bi se komercijalizovali bifunkcionalni katalizatori, važno je obezbediti reverzibilnost i izdržljivost koja može održati strukturu katalizatora dugo vremena nakon reakcije.
Da bi se poboljšala reverzibilnost i izdržljivost bifunkcionalnog katalizatora, tim je sintetizovao katalizatore od legure sa različitim strukturama mešanjem platine i nikla, koji imaju visoke performanse u reakcijama redukcije kiseonika i generisanja, respektivno.
Rezultati su pokazali da je interakcija nikl-platina bila najaktivnija u oktaedarskoj strukturi, a katalizatori legure su imali više nego dvostruko bolji učinak od monolita platine i nikla u reakcijama redukcije i generisanja kiseonika.
Istraživači su identifikovali oksid platine koji nastaje tokom ponovljene reakcije generisanja katalizatora legure kao uzrok degradacije performansi i razvili metodologiju obnavljanja strukture za smanjenje oksida platine u platinu.
Tim je putem transmisione elektronske mikroskopije potvrdio da je metodologija vratila oblik katalizatora, a u eksperimentima reaktora velike površine za komercijalizaciju, tim je uspeo da vrati oblik katalizatora i više nego udvostručio vreme rada.
Očekuje se da će timski bifunkcionalni katalizatori i metodologija oporavka strukture ubrzati komercijalizaciju tehnologije ujedinjenih obnovljivih gorivnih ćelija (URFCs) zamenom zasebnih katalizatora za evoluciju kiseonika i reakcije redukcije sa bifunkcionalnim katalizatorima. URFC-i koji mogu da proizvode i vodonik i električnu energiju mogu smanjiti troškove proizvodnje smanjenjem unosa skupih katalizatora uz održavanje performansi.
Istraživanje je rezultat saradnje između dr Hiung-Suk Oha i dr Voong-Hee Lee iz Centra za istraživanje čiste energije na Korejskom institutu za nauku i tehnologiju (KIST) i POSTECH i Ionsei univerziteta.
„Tehnologija za poboljšanje reverzibilnosti i trajnosti katalizatora pružila je novi pravac za razvoj bifunkcionalnih katalizatora, što je važna tehnologija za sisteme za elektrohemijsku konverziju energije“, rekao je Hiung-suk Oh, vodeći istraživač u KIST-u.
„To će doprineti komercijalizaciji i neutralnosti ugljenika elektrohemijskih sistema kao što su URFC u budućnosti.“
