Atoomdunne palladiumelektroden optimaliseren brandstofcellen

Flinterdunne palladiumelektrodes voor brandstofcellen

De optimale elektrode van Greeley bestaand uit vijf atoomdikke palladiumlagen (rechts) (afb: Lei Wang, John Hopkinsuniversiteit)

Al vele tientallen jaren worden brandstofcellen, het principe is al in 1838 ontdekt, gezien als een veelbelovende manier om schone energie op te wekken, maar al tientallen jaren worstelen onderzoekers met problemen. Een daarvan is dat brandstofcellen duur zijn doordat ze het beste werken met platina-elektroden. Nu schijnt er dan toch enige vooruitgang geboekt te zijn. Onderzoekers zeggen brandstofcellen te hebben ontwikkeld met een tien keer hogere elektrodeactiviteit terwijl ze daar 90% minder metaal voor nodig hebben (bij dit onderzoek ging het om palladium). Ik (=as) ben benieuwd.
De truc is om uit te zoeken hoeveel platina voor de brandstofcelelektrodes je nodig hebt om optimaal te presteren. “Als ze te dik zijn of te dun, dan werkt de cel niet goed. Er is een optimale dikte”, zegt onderzoeker Jeffrey Greeley van de Purdue-universiteit.
De onderzoekers hebben hun theorie uitgeprobeerd op palladium, een metaal dat veel eigenschappen gemeen heeft met platina. Greeley: “In feite gebruiken we kracht om de eigenschappen van metaalfolie, het elektrodemateriaal, te sturen. We willen dat voor een aantal metalen doen.”
In brandstofcellen wordt in feite op een rustige manier waterstof verbrand, waarbij (elektrische) energie vrijkomt. Wezenlijk in brandstofcellen zijn de katalyserende elektroden. Het idee van de onderzoekers is dat er een optimale dikte bestaat voor die elektroden en het ging hen er om die te achterhalen. In het verleden zouden onderzoekers externe krachten gebruikt om het elektrokatalytische oppervlak te vergroten of te verkleinen, maar daardoor zou de elektrode minder stabiel worden.
Greeley c.s. voorspelden op basis van computersimulaties welke kracht nodig is bij palladium om het beste resultaat te krijgen. Ze kwamen tot de slotsom dat de elektrode moest bestaan uit vijf eenatomige lagen.
“Bestrijdt de krachten niet, maar gebruik ze”, zegt medeonderzoeker Zhenzhua Zheng. “Dit lijkt een beetje op bepaalde bouwstructuren die geen extra balken of pilaren nodig hebben omdat de trek- en drukkrachten verdeeld en in evenwicht zijn.”

Tien tot vijftig keer

Proeven op het lab van Chao Wang in de John Hopkinsuniversiteit bevestigden de berekeningen van de computersimulaties. Dat zou betekenen dat de elektrodeactiviteit tien tot vijftig keer groter kan worden, terwijl er 90% minder materiaal nodig is (in dit geval dus palladium). Dat zou komen doordat de oppervlaktekracht (?; as) op de atoomdikke elektrodes de afstand tussen de atomen regelt, met als gevolg betere katalytische eigenschappen.

Bron: Science Daily

Geef een reactie

Het e-mailadres wordt niet gepubliceerd. Vereiste velden zijn gemarkeerd met *

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.