Платиновый катализатор для водородных топливных элементов

Учёные создалиnext‑generation платиновый катализатор, существенно улучшающий как активность, так и долговечность водородных топливных элементов. Исследование, опубликованное в журнале Advanced Materials, проведено группой под руководством профессора Санг Ук Ли из Sungkyunkwan University совместно с коллегами из Korea University и KIST.

Основной проблемой широкого внедрения водородных топливных элементов остаётся медленная кислородно-восстановительная реакция (ORR) на катоде и деградация катализатора при длительной работе. Традиционные платиновые интерметаллические катализаторы обладают структурной стабильностью, но точное управление их атомным составом и электронной структурой затруднено, что ограничивает одновременное достижение высокой активности и долговечности в условиях, характерных для транспортных средств на водороде.

Для преодоления этих ограничений команда предложила новую стратегию проектирования катализатора, позволяющую точно контролировать атомное расположение и электронные свойства, сохранив при этом интерметаллическую основу. В результате был синтезирован тройной интерметаллический нанокатализатор Pt–Co–Mn. Кислородные вакансии, возникающие на границе катализатора и оксидной подложки, направляют упорядочивание атомов марганца, что ранее было трудно реализовать.

Теоретический анализ показал, что именно эти ранние вакансии определяют процесс упорядочивания марганца, предоставляя атомный уровень понимания механизма синтеза. Это выходит за рамки обычного оценки характеристик катализатора, предлагая основу для Rational design.

Электroхимические испытания продемонстрировали, что новый катализатор обеспечивает массовую активность ORR более чем в десять раз выше, чем у коммерческих Pt/C катализаторов, и сохраняет более 96 % начальной производительности после 150 000 циклов ускоренного тестирования долговечности. В тестах мембранно-электродных сборок (MEA) материал превзошёл целевые показатели эффективности, установленные Министерством энергетики США на 2025 год, и сохраняет более высокую мощность при высоких нагрузках по сравнению с традиционными катализаторами, что делает его перспективным кандидатом для использования в водородных электромобилях и стационарных топливных элементах.