전 세계적으로 재생 에너지로의 전환이 추진력을 얻으면서 태양열과 풍력 발전을 사용할 수 없는 기간 동안 에너지를 효율적으로 저장하는 방법에 대한 주요 과제가 대두되었습니다. 공동 연구를 통해 달성된 수소 연료 전지 기술의 획기적인 발전은 촉매의 백금 금속을 은으로 대체함으로써 비용을 크게 절감하여 저렴하고 효율적인 녹색 에너지 저장을 향한 중요한 단계를 의미합니다.
주요 경쟁자인 수소 연료 전지는 에너지부 산하 SLAC 국립 가속기 연구소, 스탠포드 대학교 및 도요타 연구소(TRI)의 기초 연구 덕분에 큰 발전을 이루었습니다. 스탠포드 대학교와 Technion-Israel Institute of Technology의 협력을 통해 최근에 실용화되고 있는 연료 전지 장치가 개발되었습니다.
SLAC와 스탠포드 대학의 합작 투자사인 SUNCAT 인터페이스 과학 및 촉매 센터의 부과학자인 Michaela Burke Stevens는 "수소 연료 전지는 휘발유 등의 대체 연료로 수소를 사용하여 에너지 저장 및 전환에 큰 잠재력을 가지고 있지만 식용 연료 전지는 여전히 상당히 비쌉니다."라고 말했습니다.
Burke Stevens는 문제는 연료 전지가 시스템이 제대로 작동하도록 하는 화학 반응을 촉진하기 위해 값비싼 백금족 금속(PGM)을 포함하는 촉매에 의존하는 경우가 많다는 점이라고 말했습니다. 이로 인해 Burke-Stevens와 그녀의 동료들은 촉매를 더 저렴하게 만드는 방법을 찾게 되었지만 연료 전지의 화학적 성질에 근본적인 변화를 주는 것은 어려운 과제입니다. 과학자들은 소규모 실험실 환경에서 작동하는 촉매가 그렇지 않다는 것을 종종 발견합니다.
이번에 연구진은 백금족 금속을 더 저렴한 대체품인 은으로 부분적으로 대체하여 비용의 균형을 맞추었습니다. 그러나 진짜 핵심은 배터리 전극에 촉매를 추가하기 위한 화학식을 단순화하는 것입니다.
과학자들은 일반적으로 촉매를 액체에 혼합한 다음 이를 메시 전극에 뿌립니다. 그러나 이러한 촉매 제제는 다양한 도구를 사용하는 다양한 실험실 환경에서 항상 동일한 방식으로 작동하지 않으므로 작업을 실제 응용 분야로 변환하기가 어렵습니다. "습식 화학 공정은 특히 실험실 조건에 탄력적이지 않습니다."라고 이 협력을 가능하게 한 회사인 SUNCAT의 이사인 Tom Jaramillo는 말합니다.
이 문제를 해결하기 위해 SLAC 팀은 진공 챔버를 사용하여 보다 제어된 방식으로 새로운 촉매를 전극에 증착했습니다. Jaramillo는 "이 고진공 도구는 '보이는 대로 얻을 수 있는' 접근 방식입니다."라고 말했습니다. "시스템이 잘 조정되어 있는 한 원칙적으로는 쉽게 재현할 수 있습니다."
다른 사람들이 자신의 방법을 복제하고 이를 실제 연료 전지에 직접 적용할 수 있도록 하기 위해 팀은 이 방법이 실제 연료 전지에서 작동한다는 것을 입증한 Technion-Israel Institute of Technology의 전문가와 협력했습니다.
"이 프로젝트는 여기서 연료 전지 테스트를 수행하도록 설정되지 않았기 때문에 매우 운이 좋았습니다." 이 프로젝트에 참여한 스탠포드 대학원생 José Zamora Zeledόn은 Technion-Israel Institute of Technology의 Dario Dekel 및 그의 박사 과정 학생인 John Douglin과 연결되었으며 그들의 목표는 실제 연료 전지를 테스트하는 것이었기 때문에 자원의 정말 좋은 조합이었습니다.
두 팀은 함께 이전 촉매에 사용된 백금족 금속 중 일부를 더 저렴한 은으로 대체함으로써 훨씬 저렴한 가격으로 동일한 효율의 연료 전지를 얻을 수 있다는 사실을 발견했으며 이제 더 야심찬 아이디어를 테스트할 수 있는 촉매 개발에 대한 입증된 접근 방식을 갖게 되었습니다.
Technion-Israel Institute of Technology의 화학 공학 교수이자 Greater Technion의 에너지 프로그램 책임자인 Jaramillo는 "우리는 완전히 백금족 금속을 사용하지 않으려고 노력할 수 있습니다"라고 말했습니다. 그는 공동 작업의 잠재력에 대해 똑같이 기대하고 있습니다. “이것은 연료전지 연구뿐만 아니라 연료전지 산업을 위한 실질적인 촉매 개발에 큰 이점을 제공합니다.”라고 그는 말했습니다.
앞으로 이러한 유형의 연구를 통해 연료전지가 잠재력을 발휘할 수 있는지 여부가 결정될 것입니다. 연료 전지는 대형 운송 및 청정 에너지 저장에 있어서 정말 흥미롭고 흥미롭지만 궁극적으로는 비용 절감으로 귀결됩니다. 이것이 바로 이번 협력의 목적입니다.
컴파일된 소스: ScitechDaily