Karbonizovaná melamínová pena, ktorú predstavil tím pod vedením Jaephila Choa z Ulsanského národného vedeckého a technologického inštitútu (Kórea), nový vysoko účinný elektrokatalyzátor na redukciu kyslíka v palivových článkoch a batériách, poskytuje riešenie, ktoré je možné znížiť náklady, ale poskytuje vysokoúčinné kovové-vzduchové batérie a palivové články.
Tím kórejských a amerických vedcov predstavil nový materiál pre elektródy na báze cenovo dostupnej melamínovej peny a čierneho uhlíka. Vysoká pórovitosť výrazne uľahčuje rýchly transport hmoty a vysoký počet katalyticky aktívnych centier drasticky zvyšuje aktivitu katód redukujúcich kyslík pre palivové články a batérie typu kov-vzduch.
Reakcia, ktorá sa vyskytuje na katódach palivových článkov a batérií typu kov-vzduch, je elektrochemická redukcia kyslíka, konkrétne reakcia redukcie kyslíka (ORR). Táto reakcia je značne inhibovaná kvôli jej pomalému tempu a účinnosť článkov je nižšia, ako by mohla byť.
Katalytická katóda musí zabezpečiť, aby kyslík reagoval s vodou, pričom v alkalickom roztoku prijíma elektróny za vzniku OH- iónov. Problém je v tom, že v komplexnom systéme zahŕňajúcom pevné, kvapalné a plynné reaktanty sú transportné procesy často príliš pomalé a brzdia proces, najmä pri vybíjaní s vyššími prúdovými hustotami.
Katódy vyrobené z porézneho uhlíkového nosiča (sadze), na ktorom je jemne rozptýlený katalyticky aktívny kov, ako je platina, môžu veľmi účinne minimalizovať túto kinetickú inhibíciu. Sú však drahé a málo stabilné, čo ich robí nepraktickými pre široké použitie.
Tím vedený Jaephilom Choom z Ulsan National Institute of Science and Technology (Kórea) a Meilin Liu z Georgia Institute of Technology (USA) sa tak zameral na vývoj ekonomickejšej alternatívy.
Boli inšpirovaní štruktúrou tetrapodov (grécky tetra: štyri, podes: nohy) vlnolamov, aby syntetizovali nový vysoko účinný elektrokatalyzátor. Tetrapody, ktorých štyri „nohy“ sú nasmerované k rohom imaginárneho štvorstenu, sú postavené na pobreží, ako aj v blízkosti priehrad a mól, aby sa znížila sila vĺn narážajúcich na pobrežie. Tieto štruktúry tiež poskytujú útočisko pre formy morského života v ich mnohých veľkých dutinách. Keď sa melamínová pena pyrolyzuje a melie v mažiari s tĺčikom, vytvára mikroskopické úlomky pripomínajúce tetrapody.
Vedci ošetrili melamínovú penu chloridom železitým a ketjenblackom dopovaným dusíkom (vodivé pelety sadzí). Tento produkt karbonizovali a extrahovali kyselinou sírovou. Výsledné nanotrapódy posiate nanočasticami sadzí majú veľmi vysoký špecifický povrch, veľký počet katalyticky aktívnych centier (Fe/Fe3C a CN skupiny) a mnoho pórov, ktoré umožňujú rýchly hromadný transport. Katódy vyrobené z tohto nového materiálu elektród sú vysoko odolné a majú vynikajúci výkon, porovnateľný s katódami na báze kovu – za oveľa nižšiu cenu. Tie môžu predstavovať veľmi sľubný východiskový bod pre novú generáciu lacných a vysoko účinných kov-vzduch batérií a palivových článkov.
Spoločnosť SINOYQX podporuje niektoré inštitúcie a univerzity v Číne v karbonizácii melamínovej peny na redukciu kyslíka v palivových článkoch a batériách.
Niektoré citované z http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html