Исследователи материалов из Технологического института Джорджии создали нановолокно, которое может помочь создать новое поколение аккумуляторных батарей и повысить эффективность производства водорода при электролизе воды.В исследовании, опубликованном 27 февраля в Nature Communications при финансовой поддержке Национального научного фонда, исследователи описывают разработку двойного перовскитного нановолокна, которое можно использовать в качестве высокоэффективного катализатора в сверхбыстрых реакциях выделения кислорода — одной из основных электрохимических реакций. процессы в водородной энергии и новейшие металл-воздушные батареи.«Металлические воздушные батареи, такие как те, которые могут использоваться в электромобилях в будущем, способны хранить много энергии в гораздо меньшем пространстве, чем нынешние батареи», — сказал Мейлин Лю, регентский профессор Школы материаловедения Джорджии. Наука и техника. «Проблема в том, что в батареях отсутствует экономичный катализатор для повышения их эффективности.
Этот новый катализатор улучшит этот процесс».Перовскит относится к кристаллической структуре катализатора, который исследователи использовали для формирования нановолокон.«Эта уникальная кристаллическая структура и состав жизненно важны для обеспечения лучшей активности и долговечности приложения», — сказал Лю.
В процессе синтеза исследователи использовали технику, называемую настройкой состава, или «совместное легирование», чтобы улучшить внутреннюю активность катализатора примерно в 4,7 раза. Волокно из перовскитного оксида, полученное в процессе электроспиннинга, имело диаметр около 20 нанометров, что на данный момент является самым тонким диаметром, о котором сообщалось для электропряденых нановолокон из оксида перовскита.Исследователи обнаружили, что новое вещество показало заметно улучшенную способность к реакции выделения кислорода по сравнению с существующими катализаторами. Нормированная по массе каталитическая активность нового нановолокна улучшилась примерно в 72 раза по сравнению с исходным порошковым катализатором и в 2,5 раза выше, чем у оксида иридия, который по нынешним стандартам считается современным катализатором.
По словам исследователей, это увеличение каталитической активности частично связано с большей площадью поверхности, достигнутой с помощью нановолокон. Синтез структуры перовскита в нановолокно также повысил его внутреннюю активность, что также повысило эффективность его работы в качестве катализатора реакций выделения кислорода (OER).«Эта работа не только представляет собой прогресс в разработке высокоэффективных и долговечных электрокатализаторов для ООР, но также может дать представление о влиянии наноструктур на внутреннюю активность ООР», — пишут исследователи.
Помимо применимости при разработке перезаряжаемых металлических воздушных батарей, новый катализатор может также стать следующим шагом в создании более эффективных технологий топливных элементов, которые могут помочь в создании систем возобновляемой энергии.«Солнце, ветер, геотермальная энергия — сегодня они становятся очень дешевыми. Но проблема в том, что возобновляемые источники энергии имеют непостоянный характер», — сказал Лю. «Когда нет ветра, у вас нет энергии.
Но что, если бы мы могли накапливать энергию солнца или ветра, когда есть избыток энергии. Мы можем использовать это дополнительное электричество для производства водорода и хранить эту энергию для использования, когда нам нужно Это."По его словам, именно здесь новые катализаторы из нановолокна могут иметь значение.«Для хранения этой энергии батареи по-прежнему очень дороги», — сказал Лю. «Нам нужен хороший катализатор для того, чтобы электролиз воды был эффективным.
Этот катализатор может ускорить электрохимические реакции при расщеплении воды или металлических воздушных батареях».