Des chercheurs de l'Université Rice aux États-Unis explorent les moyens d'améliorer la rentabilité des piles à combustible en optimisant les nanomatériaux cathodiques et expliquent le mécanisme atomique de la réaction de réduction catalytique de l'oxygène (ORR) des nanomatériaux dopés. Les nanotubes de carbone (NTC) ou les nanorubans de graphène modifiés peuvent être une alternative viable au platine pour une réduction rapide de l'oxygène, qui convertit l'énergie chimique en énergie électrique, un processus qui est la principale réaction des piles à combustible.
Afin d'obtenir la meilleure performance de la réaction de réduction d'oxygène, les différents matériaux de carbone obtenus par différents procédés de dopage sont représentés sur la figure: le gris est le carbone, le rose est le bore, le bleu l'azote et le blanc l'hydrogène.
En raison de leur bonne conductivité et les propriétés mécaniques, et donc de haute performance, un bon design est la clé du matériau de carbone comme une réaction de réduction de l'oxygène dans les chercheurs Xiaolong Zou Materials Today « comme mentionné que: » réduction de l'oxygène de développement l'application à grande échelle de catalyseur à haut rendement pour la réaction de pile à combustible à membrane échangeuse de protons est critique «selon Journal of Nanoscale » Zou et al nanométrique (2017) DOI: ... 10,1039 / C7NR08061A « a constaté qu'en utilisant une simulation par ordinateur, le groupe d'étude Etude sur les raisons nanorubans graphène et azote / réaction nanotubes de carbone dopés au bore est trop lent, et la question de savoir comment améliorer.
nanotubes conducteurs dopés nanorubans ou de modifier leurs propriétés de liaisons chimiques, qui aide à leur membrane échangeuse pile à combustible est utilisé en tant que cathode dans un proton. Dans une pile à combustible standard à hydrogène ajouté à l'anode, et ensuite séparés en protons et électrons. lorsque le courant d'électrons négative devient disponible, le proton est tiré dans la cathode et l'recombinent d'électrons pour former de l'eau et de l'oxygène.
Il a été constaté que l'interaction entre le dopant et chimiquement modifiés, les nanotubes de carbone dopés à l'azote peut être plus mince fonctionne le plus efficacement possible. Nanotubes que le nano apporter à cet égard en raison de leur courbure, déformée bord de liaison chimique pour faciliter la liaison. ils ont constaté que les nanotubes ultrafins rayon compris entre 7 à 10 angströms est le plus souhaitable.
Le développement de catalyseurs efficaces pour les réactions de réduction de l'oxygène cathodique est crucial pour l'application à grande échelle de piles à combustible à membrane échangeuse de protons - Xiaolong Zou
Il a également été démontré que les nanotubes de graphène à bords riches, dopés au bore et à l'azote, présentent des performances comparables à celles des nanotubes absorbant l'oxygène, l'oxygène donnant l'opportunité de former des doubles liaisons car ils peuvent être directement connectés Boris Yakobson a déclaré: «Bien que les nanotubes dopés montrent de bonnes perspectives, la substitution de l'azote au bord dentelé du nanoribbon peut exposer l'azote dit pyridine (qui a une activité catalytique connue), donc Il est possible d'atteindre la meilleure performance.
Maintenant, l'équipe espère développer de nouvelles façons d'étudier les processus électrochimiques à l'échelle nanométrique en temps réel et de mieux effectuer les interactions entre les dopants et les matériaux carbonés défectueux pour améliorer la performance.
