https://promaintlehti.fi/cialis-hinta-pfz.html
https://promaintlehti.fi/viagra-hinta-pfz.html

Tutkimus ja koulutus | 26.3.2020

Uusi katalyytti vauhdittaa puhtaan vetypolttoaineen valmistusta

Tutkijat ovat kehittäneet lupaavan materiaaliyhdistelmän grafeenista, hiilinanoputkista ja epäpuhtausatomeista.

aalto

Kaaviokuva grafeenin ja hiilinanoputken muodostamasta hybridinanomateriaalista, kun materiaalin yksittäisiä atomeja on korvattu epäpuhtausatomeilla. Materiaali katalysoi tehokkaasti tärkeitä sähkökemiallisia reaktioita veden elektrolyysilaitteissa sekä polttokennoissa. Kuva: Aalto-yliopisto

Vedyllä toimivat polttokennot ovat lupaava, puhdas vaihtoehto fossiilisille polttoaineille etenkin ajoneuvoissa. Niiden yleistyminen edellyttää paitsi edullisia ja tehokkaita polttokennoja, myös sähkökatalyyttejä, jotka tuottavat vetyä vähäpäästöisesti, sähkökemiallisessa reaktiossa.

Prosessi on sitä tehokkaampi, mitä vähemmän energiaa menetetään, kun vesi hajotetaan hapeksi ja vedyksi. Katalyytillä on prosessissa merkittävä rooli, ja siksi tehokkaiden ja edullisten katalyyttien kehittäminen on tärkeää.

Aalto-yliopiston fysiikan ja kemian tutkijat ovat yhteistyössä ranskalaisten ja itävaltalaisten tutkijoiden kanssa kehittäneet uuden katalyyttimateriaalin, joka nopeuttaa sähkökemiallisia reaktioita enemmän kuin mikään nykyisin kaupallisesti saatavilla oleva katalyyttimateriaali.

”Haluamme korvata perinteiset arvometalleihin, kuten platinaan ja iridiumiin, perustuvat kalliit ja harvinaiset katalyytit erittäin aktiivisilla, edullisilla ja hyvin saatavilla olevilla vaihtoehdoilla. Näitä ovat esimerkiksi grafeeni ja hiilinanoputket sekä typpi ja jotkin siirtymämetallit kuten kupari ja rauta”, sanoo Aalto-yliopiston tutkijatohtori Mohammad Tavakkoli.

Siirtymämetallit ovat hyvin reaktiivisia ja muodostavat helposti erilaisia yhdisteitä.

Sormenpään koko, tenniskentän pinta-ala

Tutkijat loivat erittäin huokoisen materiaaliyhdistelmän grafeenista ja hiilinanoputkista ja korvasivat osan materiaaliyhdistelmän hiiliatomeista muiden hyviksi katalyyteiksi tiedettyjen alkuaineiden yksittäisillä atomeilla. Nämä epäpuhtausatomit tekivät huokoisesta materiaaliyhdistelmästä entistäkin tehokkaamman.

Tavallisesti katalyytit asetetaan loppusovelluksessa – tässä tapauksessa sähkökemiallisessa kennossa – katalyytin pohjana toimivan substraatin eli kasvatusalustan pinnalle. Tutkijat kasvattivat katalyysimateriaalia itse kehittämällään, kemialliseen synteesiin perustuvalla menetelmällä. Siinä esikäsitelty substraatti, hiiltä sisältävää kaasua sekä epäpuhtausatomien lähteitä laitetaan kasvatusuuniin. Katalyyttinä toimivat nanomateriaalit muodostuvat kasvatusuunissa riittävän korkeassa lämpötilassa, tyypillisesti noin 1000 celsiusasteessa.

Yksi uuden katalyysimateriaalin tehokkuuden salaisuuksista on sen huokoisuus.

- Sen ansiosta katalyytin, kasvatusalustan sekä katalysoitavan aineen eli tässä tapauksessa veden välinen aktiivinen pinta-ala on todella suuri. Esimerkiksi sormenpään kokoinen kalvo nanohiiliputkea saattaa pinta-alaltaan vastata muutamaa tenniskenttää. Pinta-ala suhteessa tilavuuteen on äärimmäisen suuri, ja tämä on keskeinen tekijä katalyytin aktiivisuudelle, kertoo vanhempi tutkija Kimmo Mustonen Wienin yliopistosta.

Tutkimustulokset voivat parhaimmillaan ohjata vetyä energianaan käyttävien laitteiden järkevää suunnittelua.

- Vetyteknologia on erityisen hyödyllinen paljon energiaa tarvitsevissa ja liikkuvissa laitteissa. Käyttökohteita löytyy esimerkiksi avaruusteknologiassa, satelliittipuhelimissa tai tavarakuljetuksiin tarkoitetuissa droneissa. Vetypolttokennoissa on yksinkertaisuutensa vuoksi hyvä toimintavarmuus ja suuri energiatiheys. Niitä voidaan myös käyttää siellä, missä sähkövirtaa ei ole saatavissa tai akkuteknologia ei ole riittävä, sanoo Mustonen.

Tutkimuksessa olivat Aalto-yliopiston lisäksi mukana CNRS-tutkimuskeskus Ranskassa ja Wienin yliopisto Itävallassa.

Artikkeli:

Mesoporous Single-Atom-Doped Graphene‒Carbon Nanotube Hybrid: Synthesis and Tunable Electrocatalytic Activity for Oxygen Evolution and Reduction Reactions.  Mohammad Tavakkoli, Emmanuel Flahaut, Pekka Peljo, Jani Sainio, Fatemeh Davodi, Egor V. Lobiak, Kimmo Mustonen and Esko I Kauppinen ACS Catal. 2020,  https://doi.org/10.1021/acscatal.0c00352

Uusimmat artikkelit

25.3.2024 | Alan Uutiset

Pohjoinen Teollisuus -suurtapahtuma jälleen tiukasti teollisuuden ajan hermoilla

Pohjoinen Teollisuus -suurtapahtuma järjestetään jälleen Oulun Ouluhallissa 22.–23.5.2024. Näytteilleasettajapaikat on loppuunmyyty,  ja tapahtuman ohjelmalava täyttyy mielenkiintoisista ja taatusti ajankohtaisista puheenvuoroista.

Metsä Group ja ANDRITZ rakentavat koetehtaan uusien ligniinituotteiden kehittämiseksi

Metsä Group rakentaa Äänekosken biotuotetehtaan yhteyteen ligniininjalostuksen koetehtaan. Laitteet toimittaa teknologiayhtiö ANDRITZ. Rakennustyöt alkavat kesällä 2024 ja koetehdas valmistuu loppuvuonna 2025. Koetehtaan kapasiteetti tulee olemaan kaksi tonnia uudenlaista ligniinituotetta päivässä.

Kuinka hyvä 3D-tulostettu ja laserkarkaistu työkalu voi olla?

SSAB:n Borlängen tehtaalla testattiin 3D-tulostettuja työkaluja tuotannossa. Laserkarkaistu lävistin saavutti kolminkertaisen käyttöiän verrattuna alkuperäiseen osaan. Pidemmän käyttöiän lisäksi kustannukset ovat huomattavasti alhaisemmat.

Tuulivoima-ala tarvitsee lisää tekijöitä – Turun AMK ja VAMK kouluttavat uusia osaajia

Tuulivoimaloihin tullaan tarvitsemaan paljon teknisen alan osaajia.Turun ja Vaasan ammattikorkeakoulut aloittavat yhteisen tuulivoimaan liittyvän maksuttoman koulutuksen. Opinnot ovat työelämälähtöisiä ja ne on mahdollista suorittaa työn ohessa. 

16.2.2024 | Kumppaniartikkeli

Sulzerilla panostetaan asiakassuhteisiin

Maailmanluokan pumppukaupoissa suurin arvo luodaan asiakkaan kanssa.

Espoosta ensimmäinen kaupunki, jonka sähköverkosta tulee pullonkaula puhtaalle siirtymälle?

“Espoossa sähköverkon kapasiteetti tulee vastaan ensimmäisenä ja datan perusteella muutos tapahtuu nyt nopeammin kuin kukaan olisi vielä muutama vuosi sitten uskonut”, Carunan asiakkuusjohtaja Kosti Rautiainen sanoo.

Metsä Tissuen Kreuzaun tehtaalla siirryttiin puupelletteihin - päästöt vähenevät 30 000 CO2-tonnia vuodessa

Siirtymän taustalla oli yksinkertainen idea vaihtaa polttoainetta, mutta säilyttää tekninen infrastruktuuri ennallaan.