Carboniseret melaminskum, introduceret af et team ledet af Jaephil Cho ved Ulsan National Institute of Science and Technology (Korea), en ny højeffektiv elektrokatalysator til reduktion af ilt i brændselsceller og batterier, giver en løsning, der er mulig til at reducere omkostningerne, men som giver højeffektive metal-luft-batterier og brændselsceller.
Et team af koreanske og amerikanske forskere har nu introduceret et nyt materiale til elektroder baseret på overkommeligt melaminskum og carbon black. Den høje porøsitet letter hurtig massetransport betydeligt, og et stort antal katalytisk aktive centre øger drastisk den iltreducerende aktivitet af katoder til brændselsceller og metal-luft-batterier.
Den reaktion, der sker ved katoderne af brændselsceller og metal-luft-batterier, er den elektrokemiske reduktion af ilt, nemlig iltreduktionsreaktionen (ORR). Denne reaktion er betydeligt hæmmet på grund af dens træge hastighed, og cellernes effektivitet er lavere, end den kunne være.
Den katalytiske katode skal sikre, at oxygen reagerer med vand og optager elektroner og danner OH-ioner i alkalisk opløsning. Problemet er, at i et komplekst system, der involverer faste, flydende og gasformige reaktanter, er transportprocesser ofte for langsomme og hæmmer processen, især når der aflades med højere strømtætheder.
Katoder lavet af en porøs kulstofbærer (carbon black), hvorpå et katalytisk aktivt metal som platin er fint spredt, kan meget effektivt minimere denne kinetiske hæmning. Men de er dyre og ikke særlig stabile, hvilket gør dem upraktiske til udbredt anvendelse.
Et hold ledet af Jaephil Cho ved Ulsan National Institute of Science and Technology (Korea) og Meilin Liu ved Georgia Institute of Technology (USA) havde således til formål at udvikle et mere økonomisk alternativ.
De var inspireret af tetrapod-strukturen (græsk tetra: fire, poder: fod) af bølgebrydere til at syntetisere en ny højeffektiv elektrokatalysator. Tetrapoder, hvis fire "fødder" peger mod hjørnerne af et imaginært tetraeder, er konstrueret ved kysten såvel som nær dæmninger og moler for at reducere kraften fra bølger, der slår mod kysten. Disse strukturer udgør også et fristed for marine livsformer i deres mange store hulrum. Når melaminskum pyrolyseres og males med en morter og støder, danner det mikroskopiske fragmenter, der ligner tetrapoder.
Forskerne behandlede melaminskum med jernchlorid og nitrogen-doteret ketjensort (ledende pellets af kønrøg). De forkullede dette produkt og ekstraherede det med svovlsyre. De resulterende nanotetrapoder besat med nanopartikler af kønrøg har et meget højt specifikt overfladeareal, et stort antal katalytisk aktive centre (Fe/Fe3C- og CN-grupper), og mange porer, der muliggør hurtig massetransport. Katoder lavet af dette nye elektrodemateriale er meget holdbare og fremragende ydeevne, sammenlignelige med metalbaserede katoder - til en meget lavere pris. Disse kan repræsentere et meget lovende udgangspunkt for en ny generation af billige og højeffektive metal-luft-batterier og brændselsceller.
SINOYQX støtter nogle institutioner og universiteter i Kina med at forkulle melaminskum for at reducere iltindholdet i brændselsceller og batterier.
Nogle citater fra http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html