Stříbrný nanokatalyzátor umí efektivně pracovat v obou režimech pevnooxidových článků

Vědecký tým objevil, že jeden a týž stříbrný (Ag) nanokatalyzátor dokáže efektivně fungovat na různých reakčních místech solid oxide cell (SOC), tedy pevnooxidového článku. Podle výzkumníků se přitom chování katalyzátoru zásadně liší podle toho, zda článek pracuje v režimu výroby elektřiny, nebo v režimu výroby vodíku.

Solid oxide cells patří mezi technologie, které se v posledních letech dostávají do popředí zájmu díky své schopnosti fungovat obousměrně – jako palivový článek, který z vodíku a kyslíku vyrábí elektřinu, i jako elektrolyzér, který naopak pomocí elektřiny rozkládá vodu na vodík a kyslík. Tato flexibilita z nich dělá atraktivní řešení pro budoucí energetické systémy založené na obnovitelných zdrojích, kde je potřeba efektivně ukládat přebytečnou energii a následně ji zase uvolňovat.

Klíčovým zjištěním výzkumu je, že stříbrný nanokatalyzátor nepracuje na obou reakčních místech stejným způsobem, přestože jde o identický materiál. Když článek generuje elektřinu, katalyzátor se chová jinak, než když se využívá k výrobě vodíku. Tento rozdíl v chování naznačuje, že nanokatalyzátor dokáže reagovat na odlišné podmínky panující při jednotlivých procesech a přizpůsobit tomu svou funkci.

Výzkumníci zdůrazňují, že právě tato schopnost jednoho materiálu efektivně obsluhovat více typů reakcí představuje důležitý poznatek pro další vývoj v oboru. Dosud se totiž návrh katalyzátorů pro solid oxide cells často zaměřoval na optimalizaci materiálu pro konkrétní jeden proces, ať už šlo o výrobu elektřiny, nebo o elektrolýzu vody. Nové zjištění ukazuje, že by bylo možné vyvíjet univerzálnější katalytické systémy, které si samy “poradí” s různými pracovními režimy article.

Objev tak zavádí nový designový princip, který by mohl výrazně zjednodušit a zlevnit budoucí konstrukci solid oxide cells. Pokud by se totiž podařilo najít nebo dále vyladit materiály fungující podobně jako testovaný stříbrný nanokatalyzátor, výrobci by se mohli vyhnout nutnosti kombinovat více specializovaných katalyzátorů pro různé provozní režimy jednoho zařízení. To by potenciálně snížilo výrobní náklady i komplexnost celého systému.

Solid oxide cells fungují při vysokých provozních teplotách, obvykle v rozmezí několika set stupňů Celsia, což jim umožňuje dosahovat vysoké účinnosti přeměny energie. Právě vysoké teploty a specifické chemické prostředí uvnitř článku kladou na použité katalyzátory značné nároky – musí být stabilní, odolné vůči degradaci a zároveň dostatečně aktivní, aby urychlovaly potřebné chemické reakce.

Stříbro jako materiál je v katalýze známé svou schopností podporovat určité typy oxidačních a redukčních reakcí, avšak jeho využití v kontextu solid oxide cells a schopnost fungovat na různých reakčních místech představuje podle výzkumníků nový poznatek, který dosud nebyl takto popsán. Právě proto vědci hovoří o objevu, který má potenciál ovlivnit směřování budoucího výzkumu v této oblasti.

Praktický dopad tohoto zjištění by se mohl projevit především v oblasti energetického skladování a vodíkového hospodářství, tedy v segmentech, které jsou v současnosti v centru pozornosti kvůli snaze o snižování emisí a přechod na obnovitelné zdroje energie. Solid oxide cells schopné efektivně přepínat mezi výrobou elektřiny a výrobou vodíku by mohly hrát roli v systémech, kde je nutné vyrovnávat kolísavou produkci energie z větrných či solárních zdrojů.

Výzkumníci nicméně upozorňují, že jde zatím o základní vědecké zjištění, které bude nutné dále zkoumat a ověřovat v praktických aplikacích. Konkrétní komerční využití nového designového principu bude záviset na dalším vývoji materiálů a na tom, jak se podaří poznatky o chování nanokatalyzátoru přenést do reálné konstrukce zařízení.

Přesto objev představuje důležitý krok v porozumění tomu, jak katalyzátory na nanoúrovni fungují v komplexních elektrochemických systémech, a otevírá cestu k efektivnějšímu návrhu budoucích generací solid oxide cells.