Карбонизираната меламинова пяна, представена от екип, ръководен от Джефил Чо в Националния институт за наука и технологии в Улсан (Корея), е нов високоефективен електрокатализатор за намаляване на кислорода в горивни клетки и батерии, който предлага решение, което е възможно да намали разходите, но същевременно осигурява високоефективни метало-въздушни батерии и горивни клетки.
Екип от корейски и американски учени представи нов материал за електроди, базиран на достъпна меламинова пяна и сажди. Високата порьозност значително улеснява бързия масопренос, а големият брой каталитично активни центрове драстично увеличава кислород-редуциращата активност на катодите за горивни клетки и метало-въздушни батерии.
Реакцията, която протича на катодите на горивните клетки и метало-въздушните батерии, е електрохимичното редуциране на кислорода, а именно реакцията на редукция на кислорода (ORR). Тази реакция е значително инхибирана поради бавната си скорост и ефективността на клетките е по-ниска, отколкото би могла да бъде.
Каталитичният катод трябва да гарантира, че кислородът реагира с водата, поемайки електрони, за да образува OH⁻ йони в алкален разтвор. Проблемът е, че в сложна система, включваща твърди, течни и газообразни реагенти, транспортните процеси често са твърде бавни и възпрепятстват процеса, особено при разреждане с по-висока плътност на тока.
Катоди, изработени от порест въглероден носител (сажди), върху който е фино диспергиран каталитично активен метал като платина, могат много ефективно да сведат до минимум това кинетично инхибиране. Те обаче са скъпи и не са много стабилни, което ги прави непрактични за широко приложение.
Екип, ръководен от Джефил Чо от Националния институт за наука и технологии в Улсан (Корея) и Мейлин Лиу от Технологичния институт на Джорджия (САЩ), си е поставил за цел да разработи по-икономична алтернатива.
Те били вдъхновени от структурата на тетраподите (на гръцки тетра: четири, подес: крака) на вълноломи, за да синтезират нов високоефективен електрокатализатор. Тетраподите, чиито четири „крака“ са насочени към ъглите на въображаем тетраедър, се изграждат на брега, както и в близост до язовири и кейове, за да се намали силата на вълните, разбиващи се в брега. Тези структури също така осигуряват убежище за морските форми на живот в многобройните си големи кухини. Когато меламиновата пяна се пиролизира и смила с хаванче и пестик, тя образува микроскопични фрагменти, наподобяващи тетраподи.
Учените обработили меламинова пяна с железен хлорид и азотно-дотиран кетженблак (проводящи пелети от сажди). Те карбонизирали този продукт и го екстрахирали със сярна киселина. Получените нанотетраподи, обсипани с наночастици от сажди, имат много висока специфична повърхност, голям брой каталитично активни центрове (Fe/Fe3C и CN групи) и много пори, които позволяват бърз масопренос. Катодите, изработени от този нов електроден материал, са изключително издръжливи и с отлични характеристики, сравними с тези на металните катоди – на много по-ниска цена. Те могат да представляват многообещаваща отправна точка за ново поколение евтини и високоефективни метално-въздушни батерии и горивни клетки.
SINOYQX подкрепя някои институции и университети в Китай за карбонизиране на меламинова пяна за намаляване на кислорода в горивните клетки и батерии.
Някои цитирани от http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html