فوم ملامین کربونیزه، که توسط تیمی به رهبری جافیل چو در موسسه ملی علوم و فناوری اولسان (کره) معرفی شده است، یک الکتروکاتالیست بسیار کارآمد جدید برای کاهش اکسیژن در پیلهای سوختی و باتریها است که راه حلی را ارائه میدهد که میتواند هزینهها را کاهش دهد اما باتریها و پیلهای سوختی فلز-هوا با کارایی بالا را فراهم کند.
تیمی از دانشمندان کرهای و آمریکایی اکنون ماده جدیدی را برای الکترودها بر اساس فوم ملامین مقرون به صرفه و کربن سیاه معرفی کردهاند. تخلخل بالا به طور قابل توجهی انتقال سریع جرم را تسهیل میکند و تعداد زیاد مراکز فعال کاتالیزوری، فعالیت کاهش اکسیژن کاتدهای سلولهای سوختی و باتریهای فلز-هوا را به شدت افزایش میدهد.
واکنشی که در کاتدهای پیلهای سوختی و باتریهای فلز-هوا رخ میدهد، کاهش الکتروشیمیایی اکسیژن، یعنی واکنش کاهش اکسیژن (ORR) است. این واکنش به دلیل سرعت کند آن به طور قابل توجهی مهار میشود و راندمان پیلها کمتر از حد ممکن است.
کاتد کاتالیزوری باید اطمینان حاصل کند که اکسیژن با آب واکنش میدهد و الکترونها را برای تشکیل یونهای OH- در محلول قلیایی جذب میکند. مشکل این است که در یک سیستم پیچیده شامل واکنشدهندههای جامد، مایع و گازی، فرآیندهای انتقال اغلب بسیار کند هستند و مانع از انجام این فرآیند میشوند، به خصوص هنگام تخلیه با چگالی جریان بالاتر.
کاتدهای ساخته شده از یک پایه کربن متخلخل (کربن سیاه) که روی آن یک فلز کاتالیزوری فعال مانند پلاتین به خوبی پراکنده شده است، میتوانند این بازدارندگی جنبشی را به طور بسیار موثری به حداقل برسانند. با این حال، آنها گران و بسیار پایدار نیستند، بنابراین کاربرد گسترده آنها را غیرعملی میکند.
بنابراین، تیمی به رهبری جافیل چو در مؤسسه ملی علوم و فناوری اولسان (کره) و میلین لیو در مؤسسه فناوری جورجیا (ایالات متحده) با هدف توسعه یک جایگزین اقتصادیتر، این کار را آغاز کردند.
آنها از ساختار تتراپود (یونانی tetra: چهار، podes: فوت) موجشکنها الهام گرفتند تا یک الکتروکاتالیست جدید بسیار کارآمد بسازند. تتراپودها، که چهار «پا»ی آنها به سمت گوشههای یک چهاروجهی خیالی است، در ساحل و همچنین نزدیک سدها و اسکلهها ساخته میشوند تا نیروی امواجی که به ساحل برخورد میکنند را کاهش دهند. این سازهها همچنین در حفرههای بزرگ متعدد خود، پناهگاهی برای گونههای حیات دریایی فراهم میکنند. هنگامی که فوم ملامین پیرولیز شده و با هاون کوبیده میشود، قطعات میکروسکوپی شبیه تتراپودها را تشکیل میدهد.
دانشمندان فوم ملامین را با کلرید آهن و کتجنبلک آلاییده شده با نیتروژن (گلولههای رسانای کربن سیاه) تیمار کردند. آنها این محصول را کربنیزه کرده و با اسید سولفوریک استخراج کردند. نانوتتراپودهای حاصل که با نانوذرات کربن سیاه پوشانده شدهاند، سطح ویژه بسیار بالایی دارند، تعداد زیادی مرکز فعال کاتالیزوری (Fe/Fe)3گروههای C و CN) و منافذ زیادی که امکان انتقال سریع جرم را فراهم میکنند. کاتدهای ساخته شده از این ماده الکترود جدید بسیار بادوام و عملکرد عالی هستند، قابل مقایسه با کاتدهای مبتنی بر فلز - با قیمت بسیار پایینتر. اینها ممکن است نقطه شروع بسیار امیدوارکنندهای برای نسل جدیدی از باتریها و پیلهای سوختی فلز-هوای ارزان و بسیار کارآمد باشند.
SINOYQX از برخی مؤسسات و دانشگاههای چین برای کربنیزه کردن فوم ملامین جهت کاهش اکسیژن در پیلهای سوختی و باتریها حمایت میکند.
برخی از منابع از http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html اقتباس شدهاند.