مادة جديدة في بطاريات الهيدروجين ستخفض التكلفة
هذه المادة ستساهم في تطوير صناعة سيارات الهيدروجين بتكلفة أقل من التقنيات الموجودة
عادة تتطلب خلايا الهيدروجين كمية كبيرة من البلاتين (حوالي 50 جراما) لتكون بمثابة محفز في خلايا الوقود ولكن البلاتين من المواد النادرة.
فما هو الحل؟
قام باحثون في قسم الكيمياء بجامعة كوبنهاغن بتطوير محفز لا يتطلب هذه الكمية الكبيرة من البلاتين.
نجح فريق دولي بقيادة البروفيسور ماتياس أرينز من قسم الكيمياء والكيمياء الحيوية (DCB) في جامعة برن في استخدام عملية خاصة لإنتاج محفز كهربي لخلية الوقود بدون حامل كربون على عكس المحفزات الموجودة والتي تتكون من شبكة معدنية رفيعة تجعلها أكثر متانة. غالبا يتكون المحفز الكهربائي الجديد لخلايا وقود الهيدروجين من شبكة رقيقة من سبائك البلاتين والكوبالت. على عكس المحفزات المستخدمة بشكل شائع اليوم ، فهي لا تتطلب ناقل كربوني.
حقق البحث والتطوير في خلايا وقود غشاء تبادل البروتون (PEMFCs) تقدمًا كبيرًا في السنوات الأخيرة ووصل إلى مرحلة النضج الصناعي في خطوط إنتاج خلايا الوقود لسيارات من قبل العديد من الشركات. يرجع سبب هذا التقدم هو إيجاد محفزات في خلايا الوقود أكثر كفاءة. فعلى مستوى البحث أظهرت العديد من المحفزات خواص تحفيزية مكنت المصنعين من زيادة تقليل كمية البلاتين (Pt) بمعامل من خمسة إلى عشرة بالمائة. وهو أمر مطلوب لتقليل التكلفة كون هذا العنصر من المواد النادرة. فلذلك يحرص الباحثون لتقليل حجم المحفزات بزيادة كتلتها وذلك عن طريق زيادة مساحة السطح و رفع الخواص الكهروكيميائية لها.
فما هو الحل للحصول على تقنية تجمع بين تقليل الحجم و تتمتع بخواص عالية؟
من المتعارف أنه عندما تنتج خلية وقود كهربائية لابد من طلاء كلا القطبين بمحفز فبدون محفز ستستمر التفاعلات الكيميائية ببطء شديد. بالإضافة إلى أنه مع مرور الوقت يمكن للجسيمات النانوية للمحفز الكربوني أن تتآكل أثناء تشغيل السيارة كون أنظمة خلايا وقود السيارات تعمل بكثافات تيار عالية مما يقلل من سطح المحفز وبالتالي من كفاءة الخلية و عمرها الإفتراضي وبالتالي على السيارة.
Gustav Sievers ©
ومن هنا يأتي دور هذه التقنية لحل المشكلة وذلك بإنتاج محفز كهربي يمتلك مساحة أعلى ولا يتآكل كون حجم مساحة السطح أمر بالغ في الأهمية لنشاط المحفز و أداءه. وفي هذه الدراسة استخدم الباحثون عملية تسمى رشاش الكاثود وذلك بالقيام بتفتيت مادة (بلاتين أو كوبالت) عن طريق القصف بالأيونات ومن ثم تكثيف الذرات الغازية المنبعثة و استخدامها كطبقة لاصقة في المحفز. مما يجعل هذه المعالجة تمنح بنية مسامية فريدة للمحفز وتمنحه مساحة سطح عالية.
ستلعب هذه التقنية دورا مهما جدا في تطوير صناعة خلايا الوقود التي تعمل على الهيدروجين مما سيساعد في زيادة عمرها الإفتراضي وتقليل التكلفة ورفع الكفاءة.
رابط المقالة العلمية للإطلاع
Self-supported Pt–CoO networks combining high specific activity with high surface area for oxygen reduction
