Bọt melamin cacbon hóa, được giới thiệu bởi nhóm nghiên cứu do Jaephil Cho đứng đầu tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (Hàn Quốc), một chất xúc tác điện mới có hiệu suất cao để khử oxy trong pin nhiên liệu và ắc quy, cung cấp một giải pháp có thể giúp giảm chi phí nhưng vẫn cung cấp pin kim loại-không khí và pin nhiên liệu có hiệu suất cao.
Một nhóm các nhà khoa học Hàn Quốc và Mỹ vừa giới thiệu một vật liệu mới cho điện cực dựa trên bọt melamine và muội than giá cả phải chăng. Độ xốp cao giúp vận chuyển khối lượng nhanh chóng và số lượng lớn các trung tâm hoạt tính xúc tác làm tăng đáng kể hoạt tính khử oxy của catốt trong pin nhiên liệu và pin kim loại-không khí.
Phản ứng xảy ra ở catốt của pin nhiên liệu và pin kim loại-không khí là phản ứng khử oxy bằng điện hóa, cụ thể là phản ứng khử oxy (ORR). Phản ứng này bị ức chế đáng kể do tốc độ chậm và hiệu suất của pin thấp hơn mức có thể.
Catốt xúc tác phải đảm bảo rằng oxy phản ứng với nước, hấp thụ electron để tạo thành ion OH- trong dung dịch kiềm. Vấn đề là trong một hệ thống phức tạp bao gồm các chất phản ứng rắn, lỏng và khí, các quá trình vận chuyển thường quá chậm và ức chế quá trình, đặc biệt là khi xả với mật độ dòng điện cao hơn.
Cathode làm bằng vật liệu cacbon xốp (cacbon đen) trên đó có kim loại hoạt động xúc tác như bạch kim được phân tán mịn có thể giảm thiểu rất hiệu quả sự ức chế động học này. Tuy nhiên, chúng đắt tiền và không ổn định lắm, do đó không thực tế để ứng dụng rộng rãi.
Một nhóm do Jaephil Cho tại Viện Khoa học và Công nghệ Quốc gia Ulsan (Hàn Quốc) và Meilin Liu tại Viện Công nghệ Georgia (Hoa Kỳ) đứng đầu đã đặt mục tiêu phát triển một giải pháp thay thế kinh tế hơn.
Họ lấy cảm hứng từ cấu trúc tetrapod (tiếng Hy Lạp tetra: bốn, podes: feet) của đê chắn sóng để tổng hợp một chất xúc tác điện mới có hiệu suất cao. Tetrapod, có bốn "feet" hướng về các góc của một tứ diện tưởng tượng, được xây dựng ở bờ biển cũng như gần các đập và cầu tàu để giảm lực sóng đập vào bờ. Những cấu trúc này cũng cung cấp nơi trú ẩn cho các dạng sống dưới biển trong nhiều khoang lớn của chúng. Khi bọt melamine được nhiệt phân và nghiền bằng cối và chày, nó tạo thành các mảnh cực nhỏ giống như tetrapod.
Các nhà khoa học đã xử lý bọt melamine bằng sắt clorua và ketjenblack pha tạp nitơ (viên dẫn điện của carbon đen). Họ đã cacbon hóa sản phẩm này và chiết xuất nó bằng axit sulfuric. Các nanotetrapod kết quả được gắn các hạt nano carbon đen có diện tích bề mặt riêng rất cao, một số lượng lớn các trung tâm hoạt động xúc tác (Fe/Fe3C, và nhóm CN), và nhiều lỗ chân lông cho phép vận chuyển khối lượng nhanh chóng. Cathode làm bằng vật liệu điện cực mới này có độ bền cao và hiệu suất tuyệt vời, tương đương với cathode gốc kim loại – nhưng giá thành lại thấp hơn nhiều. Đây có thể là điểm khởi đầu đầy hứa hẹn cho thế hệ pin và pin nhiên liệu kim loại-không khí mới có giá thành rẻ và hiệu suất cao.
SINOYQX đang hỗ trợ một số tổ chức và trường đại học tại Trung Quốc trong việc cacbon hóa bọt melamine để giảm lượng oxy trong pin nhiên liệu và pin.
Một số trích dẫn được lấy từ http://www.chemistryviews.org/details/ezine/4153391/Inspired_by_a_Breakwater.html