Platina-nikkel katalysator slaat energie in waterstof effectiever op

Een internationaal onderzoeksteam heeft een katalysator ontwikkeld met holle nanokooien van een legering van nikkel en platina, met een 20 keer hogere activiteit dan andere katalysatoren.

Trefwoorden: #atomen, #China, #elektrolyzer, #elektronenmicroscoop, #Emiel Hensen, #energie, #katalysator, #kwantumchemisch, #legering, #morfologie, #nanokooi, #nikkel, #opslag, #platina, #reactie, #TU Eindhoven, #waterstof

Lees verder

research

( Foto: dolgachov - 123RF )

ENGINEERINGNET.BE - Waterstof is geschikt om elektra uit duurzame energiebronnen op te slaan. Een elektrolyzer zet elektra met water om in waterstof, om op te slaan.

Op een later tijdstip doet een brandstofcel het omgekeerde: opgeslagen waterstof wordt weer omgezet in elektra. Voor beide technologieën is een katalysator nodig die het proces aanzwengelt.

De katalysator die helpt bij deze omzettingen is – vanwege zijn hoge activiteit – veelal gemaakt van erg duur en relatief schaars platina.

TU/e-hoogleraar katalyse Emiel Hensen: “Collega-onderzoekers uit China ontwikkelden daarom een legering van platina en nikkel, waarmee de kosten omlaag en de activiteit juist omhoog gaan.”

“Bij de TU/e hebben we de invloed van nikkel op de meest belangrijke reactiestappen onderzocht. Hiervoor ontwikkelden we een computermodel gebaseerd op beelden van een elektronenmicroscoop. Met kwantumchemische berekeningen wisten we zo de activiteit van de nieuwe legering te voorspellen, en begrepen we waarom deze nieuwe katalysator zo effectief is.”

Ook wisten de onderzoekers de morfologie flink aan te passen. De atomen in de katalysator moeten namelijk een binding aangaan met de watermoleculen om deze om te kunnen zetten. Meer bindingsplaatsen leidt dus tot een hogere activiteit.

Hensen: “Je wilt zoveel mogelijk metaaloppervlak beschikbaar maken. De ontwikkelde holle nanokooien zijn naast de buitenkant, ook van binnenuit te benaderen. Zo ontstaat een groot oppervlak, waardoor meer materiaal tegelijkertijd kan reageren.”

Hensen toonde bovendien met kwantumchemische berekeningen aan dat de specifieke oppervlaktestructuren die de nanokooien vertonen de activiteit nog verder verhogen.

Beide oplossingen blijken na het doorrekenen in Hensen’s model een 20 keer hogere activiteit op te leveren dan de huidige katalysatoren van platina.

De onderzoekers hebben daarna de katalysator 50.000 ‘ronden’ getest in de brandstofcel, en zagen daarbij een te verwaarlozen afname in activiteit.

Hensen wil op termijn met de katalysator een elektrolyzer op koelkastformaat ontwikkelen van ongeveer 10 megawatt.