Ультратонкие катализаторы из Южной Кореи удешевят водородную энергетику

Катализаторы — это невидимые двигатели водородной энергетики, управляющие как производством водорода, так и выработкой электроэнергии. Обычно их производят в виде гранулированных частиц, что просто, но приводит к неэффективному использованию дорогих металлов и ограниченной долговечности.

Инновационная архитектура катализатора

Исследователи из Корейского института передовых технологий (KAIST) представили архитектуру катализатора в виде бумажно-тонких листов вместо гранул. Они показали, что структурная инновация, а не новые материалы, может одновременно снизить использование драгоценных металлов и повысить эффективность как производства водорода, так и работы топливных элементов.

Профессор Ынэ Чо разработала новую архитектуру катализатора на основе ультратонких нанолистов, толщина которых в десятки тысяч раз меньше человеческого волоса. Это позволило преодолеть ограничения по эффективности и долговечности традиционных катализаторов.

Прорыв в производстве водорода и топливных элементах

Для электролиза воды команда создала ультратонкие иридиевые нанолисты. Эта структура значительно увеличила активную площадь поверхности, участвующую в реакциях, что позволило производить значительно больше водорода при том же количестве иридия. Катализатор показал на 38% более высокую скорость производства водорода, чем коммерческие аналоги, и стабильно работал более 1000 часов в промышленных условиях. При этом, даже с примерно на 65% меньшим количеством иридия, он показал сопоставимую производительность.

Применив ту же стратегию к катализаторам для топливных элементов (платино-медные нанолисты), исследователи добились 13-кратного улучшения массовой активности на единицу платины и примерно в 2,3 раза более высокой производительности в полных тестах топливных элементов. После 50 000 циклов испытаний на долговечность катализатор сохранил около 65% начальной производительности, значительно превзойдя обычные аналоги, при этом использование платины было сокращено примерно на 60%.

Профессор Ынэ Чо подчеркнула: «Это исследование представляет новую архитектуру катализатора, которая одновременно повышает эффективность производства водорода и работы топливных элементов, используя гораздо меньше дорогих драгоценных металлов. Это представляет собой критический поворотный момент для снижения стоимости водородной энергии и ускорения её коммерциализации».

Результаты работы были опубликованы в двух статьях в журналах ACS Nano и Nano Letters.

ИИ: Это важный шаг в решении одной из ключевых проблем водородной энергетики — высокой стоимости катализаторов. Если технология масштабируется, это может значительно ускорить переход на «зелёный» водород.