Yeni Yakıt Hücreleri için Rutenyum Kuralları

Rice Üniversitesi bilim insanları, grafene tekli rutenyum atomları bağlayarak yüksek performanslı yakıt pilleri için dayanıklı bir katalizör üretti.

Yakıt hücrelerinin kimyasal enerjiyi elektriğe çevirmesini sağlayan oksijen indirgeme reaksiyonunu tetikleyen katalizörler, genellikle hücrenin yük taşıyıcı elektrolitin asidik yapısına dayanan platinden yapılır. Ancak platinin pahalı olmasından dolayı bilim insanları yıllarca uygun bir alternatif malzeme aradılar.

Rice ve Çin’deki meslektaşları ile malzemeyi geliştiren kimyager James Tour “Rutenyum-grafen kombinasyonu ihtiyaca uygun olabilir.” dedi. Yapılan deneylerde; rutenyum-grafen kombinasyonunun performansı, geleneksel platin bazlı alaşımların ve en çok kullanılan demir ve azot katkılı grafenin performansı ile kolayca eşleşti.

“Rutenyum, dört azot atomu dizisi arasına sabitlendiğinde genellikle çok etkili bir katalizör olmasıyla birlikte geleneksel platin maliyetinin onda biri kadardır. Ve küçük parçacıklardan ziyade tekli atomlar halinde kullanıldığı için, tepkimeye girmeyen gömülü atom yoktur. Tüm atomlar reaksiyona girmeye hazır durumdadır.” diyor Tour.

Tekli rutenyum atomlarının bir grafen tabakası boyunca yayılmasıyla atomun kalın karbon formunun oldukça basit olduğu ortaya çıktı.  İşlem; grafen oksidin bir çözelti ile çözünmesi, az miktarda rutenyum eklenmesi, daha sonra yeni çözeltinin dondurularak kurutulması ve bir köpük haline getirilmesini kapsıyor.

Azot ve hidrojen gazı varlığında 750 ⁰C’de (1,382 ⁰F) pişirme, grafeni azalttı ve azot atomlarını yüzeye sabitledi, böylece rutenyum atomlarının bağlanabileceği yerler sağlandı.

Bu dereceden daha yüksek ve düşük sıcaklıklarda yapılan malzemeler iyi değildi. Uygun sıcaklıkta yapılan malzemenin kalitesinin ise hem rutenyum hem de azotun varlığına bağlı olduğu kanıtlandı.

Malzeme, asidik bir ortamda yakıt hücrelerinin verimliliğini düşüren metanol geçişine ve karbon monoksit zehirlenmesine karşı mükemmel tolerans gösterdi. Bu tür bir bozulma, geleneksel platin yakıt pilleriyle kalıcı bir sorundur.

Kaynak: sciencedaily.com