PtMg alaşımı yakıt hücresi performansını ileriye taşıyor

Temiz enerji, araştırmacılar tarafından geliştirilmeye devam edilmekte olan, son zamanların en çok konuşulan konusudur. Temiz enerjiye yönelik en büyük atılımlardan biri düşük emisyon hedefidir. Düşük emisyon için yüksek verimlilikle temiz enerji üretiminde önemli teknolojilerden biri yakıt hücreleridir. Yakıt hücrelerinde bulunan katalizörler ise kimyasal reaksiyonları hızlandırarak yakıtın enerjiye dönüşüm sürecininin en etkin şekilde çalışabilecek biçime getirilmesini sağlamaktadır.

Katalizör olarak genellikle platin tercih edilmektedir fakat pahalı bir malzeme olması negatif bir özelliktir. Maliyet açısından iyileştirme için alaşımlar geliştirilmektedir. Bu konu üzerine çalışan bilim insanları, platin ve magnezyumdan yapılmış yakıt hücreleri için katalizör üretmişlerdir.¹ Bu geliştirilen dayanıklı ve verimliliğiyle öne çıkan yeni katalizörde platin-magnezyum alaşım nanopartikülleri kullanılmıştır.

Dünyada ilk kez kullanılan bu alaşımla elde edilen başarı sadece maliyet açısından iyileştirme sunmakla kalmayarak yakıt hücresi verimliliği ve ömrünü de arttırmıştır. Yıllardır platin ile alkali toprak metal alaşımlarının reaksiyonu hızlandırma yetenklerinin güçlü olduğu ve kararlılıkları sebebiyle yakıt hücreleri için yüksek bir potansiyel taşıdıkları bilinir. Fakat alkali toprak metallerin nanopartikül sentezlerinde yüksek negatif indirgeme potansiyelleri büyük bir engel teşkil etmektedir. Bu çalışmada ise çözelti fazında PtMg alaşım nanopartikülleri hazırlanarak engel olan bu zorluk aşılmıştır.² Araştırmacılar tarafından yürütülen teorik çalışmalar ile çözelti ortamında PtMg alaşım nanoparçacıkları hazırlanmıştır. Sonucunda intermetalik bir çekirdek ve platin ağırlıklı kabuğun karakteristik bir yapıya sahip olduğu görülmüştür. Buradaki verimlilik çekirdek ile kabuk arasında ligand ve gerilme ilişkisinden, kararlılık ise magnezyumun yüksek boşluk oluşturma potansiyelinden kaynaklanır. Ayrıca platin ve magnezyum uyumunun son derece kuvvetli olması alaşımın zaman geçtikçe yıpranmasını azalttığı görülmüştür. Hidrojen-oksijen yakıt hücresinde katot katalizörü olarak kullanılan PtMg/C, 0,9 V’de 0,50 A mgPt⁻¹ kütle aktivitesi sergilemiş ve 30.000 çevrim sonrasında yalnızca 0,48 A mgPt⁻¹ ye hafif bir düşüş göstermiştir.²

Araştırmacılar yaptıkları çalışmanın, sürdürülebilirliği ve verimi yüksek yakıt hücreleri oluşturmak için atılan önemli bir adım olduğunu belirtmişlerdir. Birçok yakıt hücresi katalizörü dayanıklılık ve maliyet sıkıntılarıyla başa çıkmaktadır. Sentez zorlukları aşılarak oluşturulan platin-magnezyum nanopartikülleri, magnezyumun dayanıklılığını, platinin de gösterdiği üstün reaksiyon hızını kombine edip bunlarla birlikte maliyeti de düşürerek sorunları çözmektedir. Bu gelişme sadece yakıt hücrelerinin çalışmasını iyileştirmekte kalmıyor hidrojen üretimi ve benzer elektrokimyasal reaksiyonlar gibi teknolojilerde kullanılması için olanak sağlamaktadır.¹

Dünya için değerli enerji türü olan sürdürülebilir enerjinin gün geçtikçe önemi artmaktadır. Araştırmacılar da bu durumu göz önüne alarak bir sonraki aşama olan alaşım üretiminin artırılması ve yaygın kullanılabilir hale getirilmesi için çalışmalarına devam etmektedirler.

Kaynaklar

1. https://techxplore.com/news/2024-09-alloy-surpasses-fuel-cell.html
2. Gyan-Barimah, C., Mantha, J. S. P., Lee, H. Y., Wei, Y., Shin, C. H., Maulana, M. I., … & Yu, J. S. (2024). High vacancy formation energy boosts the stability of structurally ordered PtMg in hydrogen fuel cells. Nature Communications, 15(1), 7034.

Dilan İstekeroğlu