Исследователи Южного федерального университета (ЮФУ) нашли способ усовершенствовать топливные элементы, сделав их доступнее и долговечнее. Их новый катализатор на основе платины и меди ускоряет реакции, необходимые для выработки электричества, и решает проблему высокой стоимости материалов.
Топливные элементы преобразуют химическую энергию в электричество, но их широкое применение ограничено дороговизной платины и недолговечностью катализаторов. Команда ЮФУ изучила, как биметаллические наночастицы на основе платины и меди ведут себя в условиях, близких к реальным. Новый материал показал активность в 5,5 раз выше, чем коммерческие аналоги, и сохранил 67% эффективности после 30 000 циклов тестирования.
Ключевым инструментом исследования стал метод IL-TEM, реализованный на микроскопе JEOL JEM-F200. Вместе с технологией SEI (визуализация вторичных электронов) он позволил учёным наблюдать изменения наночастиц на углеродной подложке с точностью до атомов до и после испытаний.
В этой работе, в дополнение к методу IL-TEM, также была применена передовая технология «визуализации вторичных электронов» (Secondary Electron Imaging, SEI). Этот метод позволяет получить высоко детализированную картину поверхности и обнаружить даже минимальные морфологические изменения образца.
Три методики стресс-тестов показали разные механизмы деградации.
Наиболее устойчивым материал оказался в стандартном каталитическом протоколе, соответствующий стационарной работе устройства, где основной механизм деградации — растворение наночастиц без последующего переосаждения.
Исследование также выявило проблему: разные группы учёных используют разные условия тестирования, что затрудняет сравнение результатов. Ангелина Павлец отметила:
Мы провели сбор и анализ опубликованных исследований по теме применения IL-TEM подхода к оценке деградации сложных каталитических систем и выявили, что отсутствует систематизация данных. Исследователи используют различные условия тестирования, что затрудняет сопоставление полученных результатов между разными группами. Так же в работах используется не более двух методик тестирования для одного образца, что на наш взгляд, является недостаточным для аттестации характеристик каталитических систем.
Результаты опубликованы в журнале Electrochimica Acta (Q1, импакт-фактор 6.6). Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда (проект №24-79-10162).
Мы надеемся, что представленные нами результаты преобразования микроструктуры сложной каталитической системы будут способствовать развитию этой области и призовут ученых всесторонне изучать объекты, в том числе с применением нескольких методик тестирования в сочетании с оценкой одних и тех же локальных участков катализатора до и после испытаний.
Новый катализатор снижает содержание платины за счет добавления меди, удешевляя производство. По сравнению с другими катализаторами, такими как чисто платиновые, разработка ЮФУ требует меньше драгоценного металла и лучше выдерживает нагрузки.
Читайте ещё материалы по теме:
Новое реле контроля изоляции для систем бесперебойного питания разработано студентами НИЯУ МИФИ
ТРИНИТИ и МИФИ создают центр подготовки кадров для термоядерной энергетики
Новые оптические модули связи для БПЛА разрабатывает Рязанский радиотехнический университет
