Кобальт может потеснить платину
«Мы исследуем процесс разложения химических соединений под воздействием температуры (термолиза) для того, чтобы разработать методику синтеза сплавных частиц и их применение в каталитических реакциях», - рассказал сотрудник лаборатории синтеза и физико-химических исследований новых композитных катализаторов НГУ Евгений Филатов.
Один из вариантов таких соединений - наноразмерные твёрдые растворы металлов кобальта и иридия. Эти растворы могут использоваться в каталитических реакциях топливного элемента.Самая важная часть топливного элемента с твёрдополимерным электролитом - это мембрана, на которую нанесён катализатор. С одной стороны мембраны подается топливо (водород, метанол, муравьиная кислота и т. д.), с другой - воздух. На аноде происходит реакция окисления подаваемого топлива, и через мембрану переносится положительный заряд. На катоде идёт реакция восстановления кислорода с образованием воды. Равный по величине ток отрицательно заряженных частиц (электронов) идет через внешнюю цепь, совершая полезную работу (например, включение лампочки или зарядка телефона). Топливные элементы характеризуются высоким КПД (от 50%) и возможностью неограниченного по времени использования при непрерывной подаче топлива и окислителя. Однако для протекания электрохимических реакций на электродах необходим катализатор
Широкое распространение в качестве катализатора получила платина. Но в процессе использования она либо укрупняется, либо растворяется и уходит из реакционной среды. Стоимость электродов, содержащих платину, составляет больше 70% стоимости самого топливного элемента.
«Иридий в среднем в два раза дешевле платины. За счёт добавления в раствор неблагородного металла кобальта стоимость катализатора ещё больше снижается. Помимо этого, проявляется синергический эффект - эффективность катализатора возрастает в результате слияния отдельных частей в единую систему. Кобальт-иридиевый сплав работает так же, как платина, и мы имеем ту же эффективность, но при низкой стоимости и более продолжительном сроке службы», - пояснил Евгений Филатов.
По словам учёного, обычно получение массивного твёрдого раствора металлов происходит следующим образом: металлическая стружка гомогенизируются до однородной массы с помощью высоких температур, затем снова измельчается, и операция повторяется необходимое число раз до завершения взаимной диффузии атомов металлов. Но этот метод занимает много времени, и в Институте неорганической химии СО РАН используют термолиз двойной комплексной соли металлов, что позволяет ускорить процесс с месяцев до нескольких часов и при этом получить наноразмерные сплавные частицы.