Реакция восстановления кислорода (ORR) — ключевой процесс в топливных элементах и цинк-воздушных батареях. Но из-за дороговизны и дефицита платины (Pt) такие технологии пока не стали массовыми. Ученые ищут способы снизить содержание платины в катализаторах, не жертвуя эффективностью.

Реакция восстановления кислорода (ORR) — процесс, в котором кислород превращается в воду или гидроксид-ионы, выделяя энергию. Происходит в топливных элементах и металл-воздушных батареях. От его скорости зависит КПД устройства.

В этом исследовании предложен новый метод создания катализатора с ультранизким содержанием платины. Сначала получили основу из Fe-N-C через синтез полианилина (PANI) — это обеспечило равномерное распределение активных центров. Затем нанесли платину, которая образовала сплав с железом. Взаимодействие Pt и Fe-N-C привело к тому, что частицы платины стали мельче и стабильнее, а катализатор — активнее.

Результаты опубликованы в издании Frontiers in Energy.

Готовый материал содержит всего 1.79% платины, но работает вдвое лучше аналогов. В цинк-воздушных батареях он дает рекордную мощность — 200 мВт/см². Катализатор выдерживает 10 000 циклов в щелочной среде с минимальной потерей эффективности, а в кислой — почти не деградирует.

Этот подход позволяет сократить расход платины без ущерба для производительности. Значит, топливные элементы и батареи могут стать дешевле и доступнее.

Главный плюс — реальное снижение стоимости энергоустройств. Если заменить стандартные платиновые катализаторы на такие гибридные, себестоимость топливных элементов упадет, а срок службы увеличится. Это критично для электромобилей и портативной электроники. Кроме того, метод можно масштабировать — технология синтеза не требует экзотических материалов.

Исследование не учитывает долгосрочное поведение катализатора в реальных условиях. Например, как он реагирует на примеси в воздухе или перепады температур. Также неясна стоимость промышленного внедрения: PANI-синтез может оказаться дороже расчетного.

Ранее ученые сообщили о разработке крошечных батарей для питания роботов.