Pianka melaminowa z karbonizowaną powłoką, wprowadzona przez zespół pod kierownictwem Jaephila Cho z Narodowego Instytutu Nauki i Technologii w Ulsan (Korea), to nowatorski, wysoce wydajny elektrokatalizator do redukcji tlenu w ogniwach paliwowych i akumulatorach. Rozwiązanie to pozwala obniżyć koszty, a jednocześnie zapewnia wysoce wydajne akumulatory metalowo-powietrzne i ogniwa paliwowe.
Zespół koreańskich i amerykańskich naukowców opracował nowatorski materiał na elektrody oparty na niedrogiej piance melaminowej i sadzy. Wysoka porowatość znacznie ułatwia szybki transport masy, a duża liczba aktywnych katalitycznie centrów radykalnie zwiększa aktywność redukującą tlen katod w ogniwach paliwowych i bateriach metalowo-powietrznych.
Reakcja, która zachodzi na katodach ogniw paliwowych i baterii metalowo-powietrznych, to elektrochemiczna redukcja tlenu, a mianowicie reakcja redukcji tlenu (ORR). Reakcja ta jest znacznie hamowana ze względu na jej powolne tempo, a wydajność ogniw jest niższa, niż mogłaby być.
Katoda katalityczna musi zapewnić, że tlen reaguje z wodą, pobierając elektrony i tworząc jony OH- w roztworze alkalicznym. Problem polega na tym, że w złożonym systemie obejmującym stałe, ciekłe i gazowe reagenty, procesy transportu są często zbyt wolne i hamują proces, szczególnie podczas rozładowywania z wyższymi gęstościami prądu.
Katody wykonane z porowatego nośnika węglowego (sadza), na którym rozproszony jest katalitycznie aktywny metal, taki jak platyna, mogą bardzo skutecznie zminimalizować to hamowanie kinetyczne. Są jednak drogie i mało stabilne, co czyni je niepraktycznymi do powszechnego stosowania.
Zespół pod kierownictwem Jaephila Cho z Ulsan National Institute of Science and Technology (Korea) i Meilin Liu z Georgia Institute of Technology (USA) postawił sobie za cel opracowanie bardziej ekonomicznej alternatywy.
Zainspirowali się strukturą czworonożną (gr. tetra: cztery, podes: stopy) falochronów, aby zsyntetyzować nowy, wysoce wydajny elektrokatalizator. Czworonogi, których cztery „stopy” są skierowane w stronę narożników wyimaginowanego czworościanu, są budowane na wybrzeżu, a także w pobliżu tam i pomostów, aby zmniejszyć siłę fal uderzających o brzeg. Struktury te zapewniają również schronienie dla form życia morskiego w ich wielu dużych wnękach. Kiedy pianka melaminowa jest pirolityczna i mielona w moździerzu, tworzy mikroskopijne fragmenty przypominające czworonogi.
Naukowcy poddali piankę melaminową działaniu chlorku żelaza i domieszkowanego azotem ketjenblack (przewodzące granulki sadzy). Zwęglili ten produkt i wyekstrahowali go kwasem siarkowym. Powstałe nanotetrapody nabijane nanocząsteczkami sadzy mają bardzo dużą powierzchnię właściwą, dużą liczbę katalitycznie aktywnych centrów (Fe/Fe3C, i CN) oraz wiele porów, które umożliwiają szybki transport masy. Katody wykonane z tego nowego materiału elektrodowego są bardzo trwałe i mają doskonałą wydajność, porównywalną do katod metalowych – przy znacznie niższej cenie. Mogą one stanowić bardzo obiecujący punkt wyjścia dla nowej generacji niedrogich i wysoce wydajnych baterii metalowo-powietrznych i ogniw paliwowych.
SINOYQX wspiera niektóre instytucje i uniwersytety w Chinach w zakresie karbonizacji pianki melaminowej w celu redukcji tlenu w ogniwach paliwowych i bateriach.
Niektóre cytaty pochodzą z http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html