מידע כללי

יצירת קטליזטורים (זרזים) חדשים לשיפור ביצועים בתא דלק מימני

החוקר.ת מאחורי המחקר

ד"ר בריאן רוזן, ראש המעבדה לחומרי אנרגיה בפקולטה להנדסה אוניברסיטת תל אביב חוקר מגוון נושאים חיוניים שעשויים לשמש תשתית לפיתוח אנרגיה חלופית וירוקה, לייצור דלק סינתטי ולפיתוח תאי דלק עבור מגוון יישומים. במאמרו שפורסם לאחרונה מראה ד"ר רוזן כיצד ניתן להכין חומרים חדשים לשיפור פעילות תא הדלק האלקליין.

לתאי דלק אלקליין יתרונות רבים על פני תאי דלק חומציים בכל הנוגע ליציבותם וחייהם, אך הפעילות שלהם (כלומר כמה כוח הם יכולים לייצר) נמוכה מתאי הדלק החומציים. היום עדיין משתמשים בתאי דלק חומציים במקום בתאי דלק אלקליין מכיוון שתגובת האנודה (האלקטרודה בה מתרחשת תגובת חמצון) בתאי דלק אלקליין, המפרקת את המימן, עדיין איטית מדי.

הולכים לכיוון ירוק יותר

מימן עשוי למלא תפקיד מרכזי בכלכלת "האנרגיה" שלנו בעתיד בזמן שאנו נלחמים נגד העלאת הפחמן-הדו-חמצניCO2) ) ושינויי האקלים. תאי דלק מימן יכולים לספק לנו דרך להמיר מימן לחשמל לפי דרישה ולשמר תוך כדי כך על סביבה נקייה.

לאחרונה עבד ד"ר רוזן על מחקר חדש בשיתוף פעולה עם חוקרים מהטכניון - פרופ' דריו דקל, וחוקרים ממדינות נוספות כמו סין, פורטוגל וארה"ב, בו פיתחו סוג חדש של חומר קרמי מבוסס על מתכות מעבר קרבידיות היכול להעלות את הביצועים של תא דלק אלקלי.(AFC)

תא דלק אלקליין הוא סוג של תאי יונים הידרוקסיד (OH-) החוצים את הממברנה מקתודה לאנודה. זאת בניגוד לתא דלק חומצי שבו פרוטונים (H +) חוצים את הממברנה בכיוון השני מאנודה לקתודה. ההבדל בין תא דלק אלקליין לחומצי הוא סוג הממברנה המשמשת, סוג היון המועבר וה- pH שלו

בתמונה: תא דלק אלקליין

לייצר יותר כוח

ממצאי המחקר של ד"ר רוזן מצביעים על כך שניתן להביא לסוף של פליטת CO2 ולייצר חשמל, מים וקצת חום רק ע"י הזנת מימן וחמצן.

בעוד שתאי דלק אלקלים מספקים שיפור בעמידות התא, הם אינם יכולים לייצר צפיפות הספק כמו תאי דלק חומציים בגלל הקינטיקה הנמוכה בפירוק המימן. מחקר זה הראה כיצד סגסוגות של מתכות מעבר קרבידיות המבוססות מוליבדינום וטנטלום יכולות להאיץ תגובה זו ולשפר את ביצועי תאי הדלק. כלומר, בתא דלק אלקליין, הצד המפצל את דלק המימן (האנודה) הוא ההחלקה האיטית. על ידי חקירת זרזים חדשים של מתכת קרביד, אנו לומדים כיצד להפוך את התגובה למהירה יותר על מנת לאפשר לתאי דלק אלקליין לייצר יותר כוח.

ניסויים במאיץ החלקיקים

אלירן חמו, כותב ראשי של המאמר ודוקטורנט במעבדה של ד"ר רוזן - במסגרת המחקר, היה המדען הישראלי הראשון שביצע ניסויים במאיץ החלקיקים SESAME ושזה עתה הוקם באלאן, ירדן. באמצעות שימוש בקרינת רנטגן במאיץ החלקיקים, צוות החוקרים אימת את הממצאים החישוביים כי סגסוגות של מתכות מעבר קרבידיות יכולות להוביל לשיפור בפעילות הקטליטית.

המחקר פורסם בכתב העת- ACS Catalysis, אחד מכתבי העת המובילים בעולם בתחום הקטליזה - קישור למאמר

שיפור נוסף בביצועים והעמידות הקטליטית

במחקר מקביל, פיתחו אלירן חמו ועמיתתו לעבודה רעות ספורטה (גם היא מהמעבדה בראשות ד"ר בריאן רוזן) שיטה חדשה המבוססת על ייצור של זרזים נמוכי מימד המבוססים פלטינום בשיקוע אלקטרוכימי על גבי מצע של מוליבדנום קרביד, וזאת כדי להביא שיפור נוסף בביצועים והעמידות הקטליטית.

מחקר זה התקבל ופורסם בכתב העת ACS Applied Energy Materials

קישור למאמר

מקורות מימון למאמר