Карбонизированная меламиновая пена, представленная группой под руководством Джаефила Чо из Ульсанского национального института науки и технологий (Корея), является новым высокоэффективным электрокатализатором для восстановления кислорода в топливных элементах и батареях и представляет собой решение, позволяющее снизить затраты, но при этом обеспечить высокую эффективность металло-воздушных батарей и топливных элементов.
Группа корейских и американских ученых представила новый материал для электродов на основе доступной по цене меламиновой пены и технического углерода. Высокая пористость значительно облегчает быстрый массоперенос, а большое количество каталитически активных центров резко повышает кислородовосстановительную активность катодов для топливных элементов и металл-воздушных батарей.
Реакция, которая происходит на катодах топливных элементов и металловоздушных батарей, представляет собой электрохимическое восстановление кислорода, а именно реакцию восстановления кислорода (ОВК). Эта реакция значительно тормозится из-за своей инертности, и эффективность элементов ниже, чем могла бы быть.
Каталитический катод должен гарантировать, что кислород реагирует с водой, захватывая электроны и образуя ионы OH- в щелочном растворе. Проблема в том, что в сложной системе, включающей твердые, жидкие и газообразные реагенты, транспортные процессы часто слишком медленные и тормозят процесс, особенно при разряде с более высокими плотностями тока.
Катоды, изготовленные из пористого углеродного носителя (сажи), на котором тонко диспергирован каталитически активный металл, такой как платина, могут очень эффективно минимизировать это кинетическое ингибирование. Однако они дороги и не очень стабильны, что делает их непрактичными для широкого применения.
Группа ученых под руководством Джаефила Чо из Ульсанского национального института науки и технологий (Корея) и Мэйлин Лю из Технологического института Джорджии (США) поставила перед собой задачу разработать более экономичную альтернативу.
Они были вдохновлены структурой тетрапода (греч. tetra: четыре, podes: ноги) волнорезов, чтобы синтезировать новый высокоэффективный электрокатализатор. Тетраподы, чьи четыре «ноги» направлены к углам воображаемого тетраэдра, строятся на побережье, а также вблизи плотин и пирсов, чтобы уменьшить силу волн, разбивающихся о берег. Эти структуры также обеспечивают убежище для морских форм жизни в их многочисленных больших полостях. Когда меламиновая пена пиролизуется и измельчается ступкой и пестиком, она образует микроскопические фрагменты, напоминающие тетраподов.
Ученые обработали меламиновую пену хлоридом железа и легированным азотом ketjenblack (проводящие гранулы сажи). Они карбонизовали этот продукт и экстрагировали его серной кислотой. Полученные нанотетраподы, усеянные наночастицами сажи, имеют очень высокую удельную поверхность, большое количество каталитически активных центров (Fe/Fe3C, и CN группы), и множество пор, которые обеспечивают быстрый массоперенос. Катоды, изготовленные из этого нового электродного материала, обладают высокой прочностью и превосходными характеристиками, сопоставимыми с катодами на основе металлов, но по гораздо более низкой цене. Они могут представлять собой весьма многообещающую отправную точку для нового поколения недорогих и высокоэффективных металл-воздушных батарей и топливных элементов.
Компания SINOYQX оказывает поддержку ряду учреждений и университетов в Китае в области карбонизации меламиновой пены для снижения содержания кислорода в топливных элементах и батареях.
Некоторые цитаты взяты с сайта http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html