太陽エネルギーからの水素上で実行され、代わりに炭素排出量の水を生成する車を想像してみてください。このような車両は、いつでもすぐに市場に出ることはないだろうが、 ウィスコンシン大学マディソンの大学の研究者は、きれいな車を実現することができる燃料電池の技術で増分が重要な進歩を遂げています。
材料科学と工学助教授デインモルガンと博士号を取得学生エドワード（テッド）Holbyはそれが可能な技術のためのより広範な使用を持っていること、燃料電池の重要なコンポーネントを最適化することができる計算モデルを開発した。基本的に、彼らは、粒径が材料の全体的な安定性との関係について調査し、それらのモデルは、燃料電池触媒の粒径を大きくすると劣化を減少させるため、燃料電池の有効寿命を増加させることが示されている。
燃料電池は、電力と形成水を生成、水素と酸素との反応を促進する電気化学デバイスです。モーガンが研究している燃料電池の種類では、プロトン交換膜燃料電池、またはPEMFCsと呼ばれる、水素は燃料電池（陽極）の一側に陽子と電子に分かれています。電子はそれが有用な作業を実行できる外部回路で旅行を余儀なくされている間プロトンは、デバイスを介して移動します。燃料電池（陰極）、陽子、電子と酸素の反対側で唯一の廃棄物である水を、形成します。
前提は簡単なようにも、普及のための効率的な燃料電池を生産へ、複数のハードルがあります。これらのハードルの一つは、カソードの陽子、電子と酸素との反応を助けるために添加触媒です。現在の燃料電池は触媒として白金や白金合金を使用してください。プラチナは腐食性燃料電池環境に耐えることができますが、それは非常に豊富で高価ではない。
プラチナの使用を最大にするために、研究者は全体の約10原子である2ナノメートル、のような小さな白金粒子で作られた触媒を使用してください。これらの小さな構造は、燃料電池の反応が発生する大きな表面積を持っている。しかし、この小さな白金触媒は、非常に急速に低下する。
"バルク対ナノ粒子材料の安定性がチーズを考えることによって直感的に理解できる、"モーガンは述べています。 "あなたは、チーズの大きな塊を省略し、縁が無愛想取得する場合、表面が破壊されていますが、そのオフを切ることができると良いですその内のチーズの多くはまだあります。
"あなたは小さな部分にチーズを崩れ、それを取り除けばチーズの大きな部分が表面にあるので、しかし、あなたはチーズのすべてを破壊する。"
迅速な触媒の劣化は、燃料電池が長続きしないことを意味し、米国エネルギー省は燃料電池が自動車のエネルギーソリューションのために実用的であることが、5,000時間、または連続使用の約7ヶ月間に機能する必要が見積もっている。
モーガンとマサチューセッツ工科大学からの教授ヤンシャオホーンと共同で作業しているHolbyは、急速な劣化の問題に対する可能な解決策を発見した：それは、触媒の粒径になると、時々小さい方が良いとは限りません。
3Mと米国エネルギー省によって資金を供給されている彼等のモデリング作業は、白金触媒の粒径が約20個を越えている四、五メートル、に増加する場合、劣化のレベルが著しく低下することを示しています。これは、粒径が2つか3つナノメートルされた場合より、全体として触媒や燃料電池がはるかに長いために機能し続けることを意味します。
科学者たちは、燃料電池の触媒として使用した場合、白金の使用量を減らすことができる、探索白金合金に、そのプラチナの研究を拡張するように粒径の基本的な物理学の研究は有用であろう。モーガンは、銅、白金、コバルト、白金触媒等の白金合金の安定性に対するサイズ効果を、研究するモデルを研究し始めている。
"燃料電池は、ちょうど多くのエネルギー技術の一つである - 太陽、電池、等 - 石油と私たちの炭素排出量への依存を減らすために巨大な可能性を持つ、"モーガンは述べています。 "コンピュータシミュレーションは、これらのエネルギー技術の心臓部に新素材を理解し、開発する強力なツールを提供しています。"