เซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนใหม่ใช้เหล็กราคาถูกแทนแพลตตินัมราคาแพงสำหรับรถยนต์สีเขียว

นักวิจัยได้พัฒนาเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนที่ใช้ธาตุเหล็กแทนทองคำขาวที่หายากและมีราคาแพง ทำให้ใช้เทคโนโลยีนี้ได้มากขึ้นเซลล์เชื้อเพลิงไฮโดรเจนจะเปลี่ยนไฮโดรเจนเป็นไฟฟ้าโดยใช้ไอน้ำเป็นผลพลอยได้เพียงอย่างเดียว ทำให้เป็นทางเลือกที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมสำหรับพลังงานแบบพกพา โดยเฉพาะอย่างยิ่งสำหรับยานยนต์

อย่างไรก็ตาม 

การใช้งานอย่างแพร่หลายของพวกเขาได้รับผลกระทบจากต้นทุนของส่วนประกอบหลักชิ้นใดชิ้นหนึ่ง เซลล์เชื้อเพลิงอาศัยตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทำจากแพลตตินั่มซึ่งมีราคาแพงและหายากเพื่ออำนวยความสะดวกในปฏิกิริยาที่ผลิตกระแสไฟฟ้า

ในตอนนี้ ทีมวิจัยจากยุโรปที่นำโดยนักวิจัยของ Imperial College London ได้สร้างตัวเร่งปฏิกิริยาโดยใช้เพียงเหล็ก คาร์บอน และไนโตรเจน ซึ่งเป็นวัสดุที่มีราคาถูกและหาได้ง่าย และแสดงให้เห็นว่าสามารถใช้เพื่อควบคุมเซลล์เชื้อเพลิงที่มีกำลังสูงได้

ศาสตราจารย์แอนโธนี คูเซนักจากภาควิชาเคมีที่อิมพีเรียลกล่าวว่า “ปัจจุบัน ประมาณ 60% ของต้นทุนเซลล์เชื้อเพลิงเดียวเป็นแพลตตินัมสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยา ในการทำให้เซลล์เชื้อเพลิงเป็นทางเลือกที่ใช้งานได้จริงสำหรับรถยนต์ที่ขับเคลื่อนด้วยเชื้อเพลิงฟอสซิล เราต้องลดต้นทุนนั้นลง

ที่เกี่ยวข้อง:  นักวิทยาศาสตร์พัฒนาวิธีก้าวหน้าในการรีไซเคิลพลาสติกอุตสาหกรรมที่อุณหภูมิห้องใน 20 นาที

“การออกแบบตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกกว่าของเราควรทำให้สิ่งนี้เป็นจริง และอนุญาตให้มีการติดตั้งระบบพลังงานหมุนเวียนมากขึ้นอย่างมีนัยสำคัญซึ่งใช้ไฮโดรเจนเป็นเชื้อเพลิง ซึ่งท้ายที่สุดแล้วจะลดการปล่อยก๊าซเรือนกระจกและทำให้โลกอยู่บนเส้นทางสู่การปล่อยมลพิษสุทธิเป็นศูนย์”

ธาตุเหล็ก

นวัตกรรมของทีมคือการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาโดยที่เหล็กทั้งหมดกระจายตัวเป็นอะตอมเดี่ยวภายในเมทริกซ์คาร์บอนที่นำไฟฟ้า เหล็กอะตอมเดี่ยวมีคุณสมบัติทางเคมีที่แตกต่างจากเหล็กเทกอง โดยที่อะตอมทั้งหมดจะรวมตัวกันเป็นก้อน ทำให้เกิดปฏิกิริยามากขึ้น

คุณสมบัติเหล่านี้หมายความว่าธาตุเหล็กจะช่วยเพิ่มปฏิกิริยาที่จำเป็นในเซลล์เชื้อเพลิง โดยทำหน้าที่เป็นสารทดแทนทองคำขาวได้ดี ในการทดสอบในห้องปฏิบัติการ ทีมงานได้แสดงให้เห็นว่าตัวเร่งปฏิกิริยาเหล็กอะตอมเดี่ยวมีประสิทธิภาพใกล้เคียงกับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้แพลตตินัมในระบบเซลล์เชื้อเพลิงจริง

เพิ่มเติม:  แผงโซลาร์เซลล์ที่สร้างจากพืชผลเสียสามารถสร้างพลังงานได้โดยไม่ต้องใช้แสงโดยตรง

เช่นเดียวกับการผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาที่ถูกกว่าสำหรับเซลล์เชื้อเพลิง วิธีที่ทีมพัฒนาเพื่อสร้างสามารถดัดแปลงสำหรับตัวเร่งปฏิกิริยาอื่นๆ สำหรับกระบวนการอื่นๆ เช่น ปฏิกิริยาเคมีโดยใช้ออกซิเจนในบรรยากาศเป็นสารตั้งต้นแทนสารออกซิไดซ์ที่มีราคาแพง และในการบำบัดน้ำเสีย โดยใช้อากาศกำจัดสิ่งปนเปื้อนที่เป็นอันตราย

วิธีการสังเคราะห์ที่ไม่เหมือนใคร

ผู้เขียนคนแรก ดร. Asad Mehmood จากภาควิชาเคมีที่ Imperial กล่าวว่า “เราได้พัฒนาแนวทางใหม่ในการสร้างตัวเร่งปฏิกิริยา ‘อะตอมเดี่ยว’ ที่เปิดโอกาสให้มีกระบวนการทางเคมีและไฟฟ้าเคมีใหม่ๆ

ที่เกี่ยวข้อง: นักวิจัยสร้าง ‘Giant Leap’ เพื่อผลิตไฮโดรเจนทดแทนราคาไม่แพง

“โดยเฉพาะอย่างยิ่ง เราใช้วิธีการสังเคราะห์เฉพาะที่เรียกว่า transmetallation เพื่อหลีกเลี่ยงการเกิดกลุ่มเหล็กในระหว่างการสังเคราะห์ กระบวนการนี้น่าจะเป็นประโยชน์ต่อนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ที่ต้องการเตรียมตัวเร่งปฏิกิริยาประเภทเดียวกัน”

ทีมงานซึ่งมีผลงานตีพิมพ์ Nature Catalysis

ได้ร่วมมือกับ Johnson Matthey ผู้ผลิตตัวเร่งปฏิกิริยาเซลล์เชื้อเพลิงของสหราชอาณาจักรเพื่อทดสอบตัวเร่งปฏิกิริยาในระบบที่เหมาะสม และหวังว่าจะขยายขนาดตัวเร่งปฏิกิริยาใหม่เพื่อให้สามารถนำไปใช้ในเซลล์เชื้อเพลิงเชิงพาณิชย์ได้

ในระหว่างนี้ พวกเขากำลังดำเนินการปรับปรุงความเสถียรของตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้เหมาะสมกับแพลตตินัมในด้านความทนทานและประสิทธิภาพ นั่นเป็นการพัฒนาที่น่าตื่นเต้นอย่างแท้จริง

ที่มา: Imperial College London

Credit : แทงบอลออนไลน์