Platyna, kobalt i azot w jednym stopie może odmienić transport ciężki
Zespół badawczy z Brookhaven National Laboratory opracował katalizator, który w rygorystycznych testach wytrzymał ponad 90000 cykli operacyjnych. Takie osiągnięcie to odpowiednik około 25000 godzin ciągłej pracy pojazdu ciężarowego, co znacząco przewyższa dotychczasowe standardy branżowe. Po zakończeniu wszystkich testów nowy materiał osiągnął gęstość prądu 1388 mA cm2 przy napięciu 0,7 V, a to z kolei oznacza przekroczenie celów gęstości wyznaczonych przez Departament Energii USA o ponad 6%.
Czytaj też: Niczym turbosprężarka dla elektrycznych samochodów. Koniec z ograniczeniami
Kluczem do tak dobrych parametrów okazała się precyzyjna inżynieria na poziomie atomowym. Katalizator składa się z azotowanego stopu platyny, kobaltu, niklu, żelaza i miedzi, tworząc tak zwaną międzymetaliczną strukturę o wysokiej entropii. Całość zabezpiecza jednowarstwowa powłoka platyny zapobiegająca degradacji. Równie istotne jest to, że mikrozniekształcenia atomowe są w tym katalizatorze mniejsze niż szerokość pojedynczego atomu. Takie minimalne odkształcenia wzmacniają wiązania między metalami a azotem, jednocześnie poprawiając reaktywność i odporność na korozję. Struktura wykorzystuje efekt wysokiej entropii, czyli stabilny układ wielu różnych pierwiastków, który zachowuje właściwości nawet w ekstremalnych warunkach pracy.
Przechodząc do konkretnych danych, nowy katalizator wykazał spadek wydajności masowej jedynie o 17,9% po 30000 cyklach. Dla porównania standardowy katalizator platynowy stracił w tych samych warunkach 37,5% wydajności. Jest to o tyle ważne, że testy przeprowadzono w warunkach symulujących eksploatację pojazdów ciężarowych, które są znacznie bardziej wymagające niż te dla samochodów osobowych. Ciężarówki potrzebują systemów zdolnych do pracy przez setki tysięcy kilometrów bez znaczącej utraty efektywności.
Czytaj też: Dom i auto z jednej skrzynki. Nowy system jednocześnie grzeje i ładuje
Wyjątkowa trwałość nowego osiągnięcia laboratoryjnego wynika z synergii trzech efektów: odkształcenia sub-angstromowego, wiązań metal-azot oraz efektu wysokiej entropii. Obliczenia teoretyczne wykazały, że domieszki azotu zwiększają barierę energetyczną dla dyfuzji atomów platyny o prawie 30%, co w praktyce oznacza, że atomy metali przejściowych są skutecznie unieruchomione w swojej pozycji, zapobiegając tym samym wypłukiwaniu i degradacji katalizatora.
Czytaj też: Wycięli las, zainstalowali panele słoneczne i wywołali burzę. To może spotkać każdego z nas
Ta nowa technologia może otworzyć drogę do szerszego zastosowania wodoru w transporcie komercyjnym, a to zwłaszcza przez fakt, że ogniwa emitują jedynie parę wodną, co czyni je atrakcyjną alternatywą dla flot dążących do zerowej emisji. Pytanie brzmi, czy uda się nią przenieść z laboratorium do przemysłowej produkcji w rozsądnej cenie. Jeśli tak, może to być krok w kierunku uczynienia wodorowych ciężarówek rzeczywistą konkurencją dla tradycyjnych pojazdów spalinowych.