Jihokorejští vědci zvedli účinnost baterií a palivových článků z 12 % na 52 % bez změny katalyzátoru

Výzkumníci z Jižní Koreje vyvinuli novou strategii pro návrh katalyzátorů, která výrazně zvyšuje účinnost reakcí používaných v bateriích a vodíkových palivových článcích.

Výzkumníci z Jižní Koreje vyvinuli novou strategii pro návrh katalyzátorů, která výrazně zvyšuje účinnost reakcí používaných v bateriích a vodíkových palivových článcích. Klíčové je, že tohoto pokroku dosáhli bez nutnosti měnit samotný katalyzátor.

Tým vedený profesorem Seung Jun Hwangem z POSTECH a profesorem Jaeyune Ryu z Soulské národní univerzity zjistil, že úprava elektrického prostředí kolem katalyzátoru může zásadně zlepšit jeho výkon. Tento přístup by mohl pomoci snížit energetické ztráty v systémech pro ukládání energie nové generace a zároveň zlepšit jejich účinnost a stabilitu. Katalyzátory jsou materiály, které urychlují chemické reakce a jsou nezbytnými součástmi technologií, jako jsou vodíkové palivové články a kovovzdušné baterie, kde pomáhají generovat elektřinu.

Tradičně se vědci snaží zlepšit katalyzátory změnou centrálního kovu (např. železa, kobaltu nebo niklu) nebo přepracováním okolní molekulární struktury. Nová studie se vydala jinou cestou: katalyzátor zůstal převážně nezměněn a místo toho bylo upraveno elektrické pole kolem něj. Vědci prokázali, že umístění kladně nabitých iontů (kationtů) v blízkosti katalyzátoru vytváří lokalizované elektrické pole, které ovlivňuje průběh reakcí.

Tým se zaměřil na reakci redukce kyslíku (ORR), klíčový elektrochemický proces, který generuje elektřinu v palivových článcích a kovovzdušných bateriích. Zlepšení této reakce je dlouhodobým cílem, protože přímo ovlivňuje účinnost zařízení a spotřebu energie. Experimenty ukázaly, že podíl požadované reakční dráhy se po zavedení elektrického pole zvýšil z přibližně 12 procent až na 52 procent. To umožnilo, aby reakce probíhala efektivněji a vyžadovala méně energie.

Podle vědců výsledky naznačují, že výkon katalyzátoru lze ladit prostřednictvím kontroly prostředí, namísto přepracovávání katalyzátorových materiálů od základu. Takový přístup by mohl zjednodušit budoucí vývoj katalyzátorů a snížit náklady spojené s vytvářením nových materiálů. Důsledky se mohou rozšířit i mimo ukládání energie a vodíkové technologie. Vědci se domnívají, že stejný princip by mohl být aplikován na katalyzátory používané pro přeměnu oxidu uhličitého a ekologickou výrobu vodíku.

„Tato studie ukazuje, že reakční vlastnosti lze přesně řídit pouze prostřednictvím okolního elektrického prostředí, aniž by se měnila struktura samotného katalyzátoru,“ uvedl profesor Hwang. Zjištění otevírají nový směr pro inženýrství katalyzátorů, přesouvající pozornost od struktury katalyzátoru k jeho provoznímu prostředí. Pokud by se tento přístup podařilo škálovat a aplikovat napříč různými katalyzátorovými systémy, mohl by pomoci zlepšit výkon široké škály technologií čisté energie bez nutnosti zcela nových katalyzátorových materiálů.