Karbonizirana melaminska pjena, koju je predstavio tim predvođen Jaephilom Choom na Ulsan Nacionalnom institutu za znanost i tehnologiju (Koreja), novi visoko učinkoviti elektrokatalizator za smanjenje kisika u gorivim ćelijama i baterijama, pruža rješenje kojim je moguće smanjiti troškove, ali pruža visoko učinkovite metal-zrak baterije i gorivne ćelije.
Tim korejskih i američkih znanstvenika predstavio je novi materijal za elektrode na bazi pristupačne melaminske pjene i ugljičnog crnila. Visoka poroznost značajno olakšava brzi transport mase, a veliki broj katalitički aktivnih centara drastično povećava aktivnost smanjenja kisika u katodama za gorivne ćelije i metal-zračne baterije.
Reakcija koja se događa na katodama gorivih ćelija i baterija metal-zrak je elektrokemijska redukcija kisika, odnosno reakcija redukcije kisika (ORR). Ova reakcija je znatno inhibirana zbog svoje usporene brzine, a učinkovitost stanica je niža nego što bi mogla biti.
Katalitička katoda mora osigurati da kisik reagira s vodom, preuzimajući elektrone za stvaranje OH- iona u alkalnoj otopini. Problem je u tome što su u složenom sustavu koji uključuje krute, tekuće i plinovite reaktante, transportni procesi često prespori i koče proces, posebno kod pražnjenja s većom gustoćom struje.
Katode izrađene od porozne ugljične podloge (čađe) na kojoj je fino raspršen katalitički aktivan metal poput platine mogu vrlo učinkovito minimizirati ovu kinetičku inhibiciju. Međutim, oni su skupi i ne baš stabilni, što ih čini nepraktičnima za široku primjenu.
Tim predvođen Jaephilom Choom s Nacionalnog instituta za znanost i tehnologiju Ulsan (Koreja) i Meilin Liu s Instituta za tehnologiju Georgia (SAD) stoga je imao za cilj razviti ekonomičniju alternativu.
Bili su inspirirani četveronožnom strukturom (grčki tetra: četiri, podes: noge) lukobrana kako bi sintetizirali novi visoko učinkoviti elektrokatalizator. Tetrapodi, čije su četiri "noge" usmjerene prema uglovima zamišljenog tetraedra, konstruiraju se na obali, kao i u blizini brana i gatova kako bi se smanjila sila udara valova o obalu. Ove strukture također pružaju utočište za morske oblike života u svojim brojnim velikim šupljinama. Kada se melaminska pjena pirolizira i samelje u mužaru i tučku, formira mikroskopske fragmente koji podsjećaju na četveronošce.
Znanstvenici su obradili melaminsku pjenu željeznim kloridom i ketjencrnom dopiranom dušikom (vodljive kuglice čađe). Karbonizirali su ovaj proizvod i ekstrahirali ga sumpornom kiselinom. Dobiveni nanotetrapodi prošarani nanočesticama čađe imaju vrlo visoku specifičnu površinu, veliki broj katalitički aktivnih centara (Fe/Fe3C i CN skupine), te mnoge pore koje omogućuju brz prijenos mase. Katode izrađene od ovog novog materijala za elektrode vrlo su izdržljive i izvrsnih performansi, usporedive s katodama na bazi metala – po puno nižoj cijeni. Oni mogu predstavljati vrlo obećavajuću polaznu točku za novu generaciju jeftinih i visoko učinkovitih baterija metal-zrak i gorivih ćelija.
SINOYQX podržava neke institucije i sveučilišta u Kini za karbonizaciju melaminske pjene za smanjenje kisika u gorivnim ćelijama i baterijama.
Neki citati s http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html