Исследователи из Корнеллского университета (Cornell University) разработали катализатор для топливных элементов, который не требует использования драгоценных металлов, таких как платина или палладий. Новый катализатор на основе никеля с углеродным покрытием демонстрирует высокую активность в щелочной среде, что делает его перспективным для широкого применения.

Традиционные топливные элементы работают в кислой среде, где для устойчивости катализаторов необходимы драгоценные металлы. Однако их высокая стоимость ограничивает использование технологии. Новый подход использует щелочную среду, где можно применять недорогие металлы, такие как никель, железо и кобальт, которые в 500–1000 раз дешевле.

Основной проблемой для щелочных топливных элементов была низкая скорость реакции окисления водорода. Никель, хотя и перспективен, быстро окисляется, теряя активность. Учёные решили эту проблему, покрыв никель тонким слоем углерода из графена толщиной всего 3–4 атома. Это покрытие защищает никель от окисления, сохраняя его активность.

В ходе экспериментов катализатор показал мощность 1 Вт на квадратный сантиметр, что превышает целевые показатели Министерства энергетики США для топливных элементов с использованием драгоценных металлов. Это достижение делает технологию конкурентоспособной с традиционными системами.

Новый катализатор был протестирован в условиях, имитирующих работу топливных элементов. Исследования показали, что углеродное покрытие эффективно предотвращает проникновение кислорода в никель, сохраняя его свойства. Это подтверждено изображениями на атомном уровне, полученными с помощью микроскопии.

Хотя текущая долговечность системы составляет около 2000 часов, что ниже целевого показателя в 15 000 часов, учёные уверены, что инженерные доработки позволят достичь необходимой стабильности. Основная химия реакции уже доказала свою эффективность.

В перспективе технология может быть использована в автомобильной промышленности, а также для стационарных и мобильных генераторов. Более того, она подходит для децентрализованных систем электроснабжения, особенно в удалённых районах.