Ulsanin kansallisessa tiede- ja teknologiainstituutissa (Korea) Jaephil Chon johtaman tiimin esittelemä hiiltynyt melamiinivaahto on uusi erittäin tehokas sähkökatalyytti polttokennoissa ja akuissa olevan hapen vähentämiseksi. Se tarjoaa ratkaisun, jolla on mahdollista alentaa kustannuksia ja tarjota erittäin tehokkaita metalli-ilma-akkuja ja polttokennoja.
Korealais-amerikkalainen tiedemiesryhmä on nyt esitellyt uudenlaisen elektrodimateriaalin, joka perustuu edulliseen melamiinivaahtoon ja hiilimustaan. Korkea huokoisuus helpottaa merkittävästi nopeaa massan siirtymistä ja suuri määrä katalyyttisesti aktiivisia keskuksia lisää merkittävästi katodien happea vähentävää aktiivisuutta polttokennoissa ja metalli-ilma-akuissa.
Polttokennojen ja metalli-ilma-akkujen katodeilla tapahtuva reaktio on hapen sähkökemiallinen pelkistys eli hapen pelkistysreaktio (ORR). Tämä reaktio hidastuu huomattavasti sen hitaan nopeuden vuoksi, ja kennojen hyötysuhde on alhaisempi kuin se voisi olla.
Katalyyttisen katodin on varmistettava, että happi reagoi veden kanssa ja ottaa vastaan elektroneja muodostaen OH--ioneja emäksisessä liuoksessa. Ongelmana on, että monimutkaisessa järjestelmässä, jossa on kiinteitä, nestemäisiä ja kaasumaisia reagensseja, kuljetusprosessit ovat usein liian hitaita ja estävät prosessia, erityisesti purkauksissa suuremmilla virrantiheyksillä.
Huokoisesta hiilialustasta (hiilimustasta) valmistetut katodit, jolle katalyyttisesti aktiivinen metalli, kuten platina, on hienojakoisesti dispergoitu, voivat minimoida tämän kineettisen inhibition erittäin tehokkaasti. Ne ovat kuitenkin kalliita eivätkä kovin stabiileja, mikä tekee niistä epäkäytännöllisiä laajamittaiseen käyttöön.
Jaephil Chon johtama Ulsanin kansallisessa tiede- ja teknologiainstituutissa (Korea) ja Meilin Liun johtama Georgian teknillisessä instituutissa (USA) pyrki siis kehittämään taloudellisemman vaihtoehdon.
He saivat inspiraationsa aallonmurtajien tetrapodirakenteesta (kreikaksi tetra: neljä, podes: jalkaa) uuden, erittäin tehokkaan elektrokatalyytin syntetisoimiseksi. Tetrapodeja, joiden neljä "jalkaa" osoittavat kuvitteellisen tetraedrin kulmiin, rakennetaan rannikolle sekä patojen ja laitureiden lähelle vähentämään rantaan iskeytyvien aaltojen voimaa. Nämä rakenteet tarjoavat myös turvapaikan meren eliöille monissa suurissa onteloissaan. Kun melamiinivaahto pyrolysoidaan ja jauhetaan morttelissa ja survimella, se muodostaa mikroskooppisia fragmentteja, jotka muistuttavat tetrapodeja.
Tutkijat käsittelivät melamiinivaahtoa rautakloridilla ja typellä seostetulla ketjenblackillä (sähköä johtavilla hiilimustan pelleteillä). He hiilsivät tämän tuotteen ja uutetsivat sen rikkihapolla. Tuloksena saaduilla hiilimustan nanopartikkeleilla täytetyillä nanotetrapodeilla on erittäin suuri ominaispinta-ala, suuri määrä katalyyttisesti aktiivisia keskuksia (Fe2/Fe33C- ja CN-ryhmät) ja useita huokosia, jotka mahdollistavat nopean massakuljetuksen. Tästä uudesta elektrodimateriaalista valmistetut katodit ovat erittäin kestäviä ja niiden suorituskyky on erinomainen, verrattavissa metallipohjaisiin katodeihin – paljon halvemmalla hinnalla. Nämä voivat olla erittäin lupaava lähtökohta uuden sukupolven edullisille ja erittäin tehokkaille metalli-ilma-akuille ja polttokennoille.
SINOYQX tukee joitakin kiinalaisia instituutioita ja yliopistoja melamiinivaahdon hiilestämisessä polttokennoissa ja akuissa olevan hapen vähentämiseksi.
Joitakin lainauksia lähteestä http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html