В ЮФУ нашли способ улучшения катализаторов для топливных элементов

Ученые Южного федерального университета (ЮФУ) предложили новый способ повышения активности катализаторов для водородо-воздушных топливных элементов. Исследование микроструктуры электрокатализаторов стало возможным благодаря наличию в ЮФУ просвечивающего электронного микроскопа нового поколения JEOL JEM-F200, закупленного по нацпроекту «Наука и университеты», сообщили в пресс-службе ЮФУ.

«Большинство исследователей пытается улучшить характеристики электрокатализаторов, оптимизируя состав и архитектуру биметаллических наночастиц. Мы же, возможно, впервые показали, что правильный выбор условий предварительной активации позволяет почти в два раза повысить активность одних и тех же катализаторов. Отмечу, что фундаментальное по своей сути исследование, позволяет по-новому посмотреть на пути решения некоторых прикладных вопросов», — приводит пресс-служба слова главного научного сотрудника, руководителя лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» химфака ЮФУ Владимира Гутермана.

Проведенное исследование посвящено созданию наноструктурных биметаллических катализаторов, существенно превосходящих платиноуглеродные аналоги по активности в реакции электровосстановления кислорода (РВК). В работе установлено, что значение диапазона потенциалов, в котором производится вольтамперометрическая активация электродов, оказывает существенное влияние на активность катализаторов в РВК. Наноструктурные платиносодержащие электрокатализаторы являются одними из важнейших компонентов топливных элементов с протонообменной мембраной. Они обеспечивают высокую скорость протекания реакций электроокисления водорода и электровосстановления кислорода.

«Снижение содержания дорогостоящей платины в катализаторах, повышение их активности в реакции электровосстановления кислорода — это ключевые проблемы, решение которых необходимо для широкого использования топливных элементов с протонообменной мембраной в самых разнообразных устройствах. Одним из путей улучшения функциональных характеристик катализаторов является легирование платины менее благородными металлами, такими как никель, кобальт, медь», — сказал ведущий научный сотрудник лаборатории «Наноструктурные материалы для электрохимической энергетики» Сергей Беленов.

Важной особенностью таких биметаллических катализаторов является недостаточная термодинамическая стабильность легирующего компонента и, как следствие, его частичное растворение в процессе работы топливного элемента. «Наиболее интенсивное растворение легирующего компонента, как правило, происходит на стадии первичной электрохимической активации катализаторов. В опубликованной нами работе показано, как стадия активации влияет на структурно-морфологические характеристики и активность биметаллических катализаторов. Изменяя диапазон потенциалов на стадии активации электродов, возможно существенно (более чем в два раза) повысить активность катализаторов в реакции восстановления кислорода», — отметила младший научный сотрудник лаборатории Ангелина Павлец.

Согласно целям национального проекта «Наука и университеты», Россия должна войти в пятерку стран, ведущих разработки в приоритетных областях. Нацпроекты, инициированные президентом РФ Владимиром Путиным, стартовали в 2019 году.