Yakıt Pillerinin Verimliliğini Arttıran Katalizörlerin Sırrı
Fotoğraf: Malzeme faz geçişi, çözelti öncesi partikül oluşumu ve indirgeme ortamında bağlı olarak katalitik aktivitedeki değişimin şematik diyagramı.
Araştırma ekibi, katalitik aktiviteyi arttırmak için faz geçişini ve metallerin çözelti öncesi olaylarını ortaya koyuyor.
Çevre dostu enerji kaynağı olarak göze çarpan yakıt pilleri, su elektrolizinin ters reaksiyonu ile aynı anda elektrik ve ısı elde eder. Bu nedenle, reaksiyon verimini arttıran katalizör, doğrudan yakıt pillerinin performansına bağlıdır. Bunun için Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi’nden araştırma ekibi, eski çözeltiyi (Elüsyon: Bileşenleri ayırmak için metal karışımları ısıtan bir işlem) ve atom düzeyinde faz geçiş olaylarını ortaya çıkararak ilk kez yüksek performanslı katalizörler geliştirmeye bir adım daha yaklaştı.
Profesör Jeong Woo Han ve POSTECH Kimya Mühendisliği Departmanından (Pohang Bilim ve Teknoloji Üniversitesi) Ph. D. adayı Kyeounghak Kim’in ortak araştırma ekibi ve UNIST’ten Profesör Guntae Kim ile birlikte yakıt pillerinde kullanılan bir katalizör çeşidi, PBMO’nun bir elektrot ve kimyasal katalizör olarak potansiyelini doğrulayarak perovskit yapıdan katmanlı yapıya dönüştürüldüğü mekanizmayı ortaya çıkardılar.
Bu araştırma sonuçları, enerji alanında uluslararası bir dergi olan Energy&Environmental Science’ın dış arka kapak makalesi olarak yakın zamanda yayınlandı.
Katalizörler, kimyasal reaksiyonları arttıran maddelerdir. Yakıt pilleri için katalizör çeşitlerinden biri olan PBMO (Pr0.5Ba0.5MnO3 -δ), hidrojen olarak değil, direk hidrokarbon olarak kullanıldığında bile kararlı şekilde çalışan bir malzeme olarak bilinir. Özellikle oksijeni kaybeden bir indirgeme ortamı altında katmanlı bir yapıya dönüştüğü için yüksek iyonik iletkenlik sergiler. Aynı zamanda da metal oksit içindeki elementlerin yüzeye ayrıldı eski çözelti olayı meydana gelir.
Bu olay, herhangi bir özel işlem olmaksızın indirgeme ortamında isteyerek meydana gelir. Malzemenin içindeki elementler yüzeye çıktıkça, yakıt pillerinin stabilitesi ve performansı büyük ölçüde artar. Ancak, malzemeleri tasarlamak zordu, çünkü bu yüksek performanslı katalizörlerin oluşturulduğu süreç bilinmiyordu. Bu özellikler üstünde duran araştırma ekibi, sürecin faz geçişi, partiküllerin eski çözelti ve katalizör oluşumunun ilerlemesinden geçtiğini doğruladı. Bu, kuantum mekaniğine dayalı ilk prensip hesaplaması ve malzemelerdeki gerçek zamanı kristal yapısal değişikliklerin gözlemlenmesine izin veren yerinde XRD deneyi kullanılarak kanıtlandı. Ayrıca araştırmacılar, bu şekilde geliştirilen oksidasyon katalizörünün geleneksel katalizörlerden dört kat daha iyi performans gösterdiğini doğruladı ve bu çalışmanın çeşitli kimyasal katalizörlere uygulanabileceğini de doğruladı.
Araştırmayı yöneten Profesör Jeong Woo Han, “Önceki deneylerde doğrulanması zor olan atomik birimlerdeki malzemeleri doğru bir şekilde anlayabildik ve bunu başarıyla kanıtladık. Böylece mevcut deneylerde de doğrulanması zor olan atomik birimlerdeki malzemeleri doğru bir şekilde anlayarak mevcut araştırmalarımızın sınırlamalarının üstesinden geldik ve başarılı bir şekilde gösterdik.” diye çalışmalarının başarısını açıkladı. “Bu destek malzemeleri ve nanokatalizörler egzoz gazı azaltılmasında, sensörlerde, yakıt pillerinde, kimyasal katalizörlerde kullanılabildiğinden gelecekte çok sayıda bu konuyla ilgili aktif olarak çalışmalar yapılması bekleniyor.” şeklinde ekleme yaptı.
Kaynak: chemeurope.com
