Πώς να επιλέξετε έναν καταλύτη:Πρόβλεψη ποια υλικά θα έχουν καλύτερη απόδοση σε κυψέλες καυσίμου και μεταλλικές μπαταρίες αέρα
Δραστηριότητα :Ο καταλύτης θα πρέπει να παρουσιάζει υψηλή δραστικότητα για τις επιθυμητές ηλεκτροχημικές αντιδράσεις, όπως η οξείδωση υδρογόνου (σε κύτταρα καυσίμου) ή η μείωση/εξέλιξη οξυγόνου (σε μπαταρίες μετάλλου-αέρα). Αυτό μπορεί να αξιολογηθεί μέσω ηλεκτροχημικών μετρήσεων, όπως κυκλική βολταμετρία, δοκιμές περιστροφικού δίσκου ή αξιολογήσεις απόδοσης κυψελών καυσίμου.
Επιλεκτικότητα :Ο καταλύτης θα πρέπει να προάγει επιλεκτικά τις επιθυμητές ηλεκτροχημικές αντιδράσεις ενώ ελαχιστοποιεί τις πλευρικές αντιδράσεις. Για παράδειγμα, στα κύτταρα καυσίμου, θα πρέπει να ελαχιστοποιήσει τον σχηματισμό μονοξειδίου του άνθρακα (CO) κατά τη διάρκεια της οξείδωσης του υδρογόνου, η οποία μπορεί να δηλητηριάσει τον καταλύτη.
σταθερότητα :Ο καταλύτης θα πρέπει να διατηρεί τη δραστηριότητά του και τη δομή του σε παρατεταμένες περιόδους υπό τις συνθήκες λειτουργίας της μπαταρίας κυψέλης καυσίμου ή μεταλλικού αέρα. Αυτό περιλαμβάνει την ανοχή σε πιθανή ποδηλασία, μεταβολές θερμοκρασίας και έκθεση σε αντιδραστικά είδη (π.χ. οξυγόνο, υπεροξείδιο του υδρογόνου).
Κόστος και αφθονία :Τα υλικά του καταλύτη πρέπει να είναι οικονομικά αποδοτικά και άμεσα διαθέσιμα. Σπάνια ή δαπανηρά υλικά μπορεί να μην είναι πρακτικά για εφαρμογές μεγάλης κλίμακας.
ανθεκτικότητα :Ο καταλύτης πρέπει να αντέχει στην υποβάθμιση και να διατηρήσει την απόδοσή του σε μακροπρόθεσμη λειτουργία. Πρέπει να λαμβάνονται υπόψη παράγοντες όπως η διάβρωση, η μηχανική αποικοδόμηση και η δηλητηρίαση από τον καταλύτη.
Αντίσταση δηλητήριο :Ο καταλύτης πρέπει να είναι ανθεκτικός στην απενεργοποίηση από ακαθαρσίες ή μολυσματικές ουσίες που υπάρχουν στο καύσιμο ή στον αέρα. Για παράδειγμα, σε κύτταρα καυσίμου, οι ακαθαρσίες θείου μπορούν να δηλητηριάσουν ορισμένους καταλύτες.
Συμβατότητα ηλεκτρολύτη :Ο καταλύτης θα πρέπει να είναι συμβατός με τον ηλεκτρολύτη που χρησιμοποιείται στην κυψέλη καυσίμου ή στη μεταλλική μπαταρία. Ορισμένοι ηλεκτρολύτες μπορεί να επηρεάσουν τη σταθερότητα ή τη δραστηριότητα ορισμένων καταλυτών.
Σύνθεση και κατασκευή :Ο καταλύτης πρέπει εύκολα να συντίθεται ή να κατασκευάζεται χρησιμοποιώντας κλιμακούμενες μεθόδους. Οι πολύπλοκες ή χρονοβόρες διαδικασίες σύνθεσης ενδέχεται να εμποδίσουν τις πρακτικές εφαρμογές.
Σχεδιασμός :Η δομή, η σύνθεση και η μορφολογία του καταλύτη μπορούν να επηρεάσουν σημαντικά την απόδοσή του. Η προσαρμογή αυτών των ιδιοτήτων μέσω τεχνικών σύνθεσης προηγμένων υλικών μπορεί να βελτιστοποιήσει την καταλυτική δραστηριότητα και τη σταθερότητα.
Υπολογιστική μοντελοποίηση :Οι υπολογιστικές προσεγγίσεις, όπως οι υπολογισμοί της λειτουργικής θεωρίας πυκνότητας (DFT), μπορούν να παρέχουν πληροφορίες για τους καταλυτικούς μηχανισμούς και να βοηθήσουν στον εντοπισμό υποσχόμενων υλικών για περαιτέρω πειραματική αξιολόγηση.
Λαμβάνοντας υπόψη αυτούς τους παράγοντες και χρησιμοποιώντας ένα συνδυασμό πειραματικών και υπολογιστικών τεχνικών, οι ερευνητές μπορούν να επιλέξουν και να αναπτύξουν καταλύτες που πληρούν τις ειδικές απαιτήσεις των κυττάρων καυσίμου και των μπαταριών μετάλλου-αέρα.
