Учёные создали катализатор для топливных элементов, работающий в 7 раз эффективнее коммерческих аналогов

Упрощённая схема формирования NiPt-нанокатализаторов с куполообразной полой поликристаллической структурой, включающей интерметаллическую фазу Ni₃Pt₅. Процесс осуществляется при комнатной температуре и давлении с помощью ультразвукового восстановления борагидридом. Автор: Корейский институт науки и технологий (KIST)

Водородные топливные элементы, вырабатывающие электричество с высокой эффективностью и нулевыми выбросами парниковых газов, рассматриваются как перспективная технология чистой энергетики. Однако их коммерциализации мешают деградация производительности при длительной эксплуатации и высокая стоимость замены катализаторов.

Международная команда исследователей под руководством доктора Сун Джон Ю из KIST разработала новую технологию катализаторов, позволяющую синтезировать высокоактивные и долговечные наноструктуры при комнатной температуре с помощью простого ультразвукового метода. Результаты опубликованы в журнале Advanced Materials.

Новый катализатор представляет собой платину и никель, упорядоченные в наноразмерные куполообразные структуры с полостью внутри. Такая конструкция увеличивает реакционную поверхность, минимизируя потери катализатора.

Атомный анализ показал 1534 атома (591 Ni и 943 Pt) в структуре катализатора NiPt-SP. Значительная часть атомов соответствует интерметаллической фазе Ni₃Pt₅. Автор: KIST

Традиционно создание таких структур требовало сложных процессов при температурах выше 600°C. Новый метод использует ультразвук при комнатной температуре, аналогичный устройствам для очистки очков, что значительно удешевляет производство.

В тестах катализатор показал в 7 раз более высокую массовую активность по сравнению с коммерческими аналогами. В испытаниях на долговечность по стандартам Минэнерго США он сохранял стабильность более 42 000 часов — в 4,2 раза дольше существующих решений.

Визуализация процесса синтеза куполообразных полых NiPt-нанокатализаторов с упорядоченной структурой Ni₃Pt₅. Автор: KIST

Катализаторы составляют свыше 30% стоимости топливных элементов. Новая технология может значительно повысить экономическую целесообразность водородной энергетики для грузовиков, автобусов, судов и электростанций.

Доктор Ю отметил: «Наш катализатор с уникальной наноструктурой демонстрирует прорывные показатели активности и долговечности. Технология может сыграть ключевую роль в коммерциализации водородных топливных элементов и достижении углеродной нейтральности».

Дополнительная информация: Eungjun Lee et al, Suppressing Metal Dissolution in Multi‐Grained Catalysts Through Intragrain Atomic Ordering for Stable Fuel Cells, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202504059