Peralatan-peralatan kecil pun membutuhkan tenaga dan banyak tenaga listrik bersumber dari sel bahan bakar (Fuel cell). Sebagaimana peralatan tersebut menjadi semakin kecil permintaan yang sangat mendesak dibutuhkan saat ini adalah mencari cara yang lebih efisien untuk member tenaga untuk peralatan tersebut.
Beberapa tahun yang lalu, para ahli telah menemukan logam Palladium (Pd), yang merupakan kandidat kuat untuk menyediakan kenaikan tenaga listrik awal (initial boost) yang membantu menyalakan sel bahan bakar. Palladium jauh lebih murah daripada katalis se bahan bakar populer lainnya, Platinum, dan lebih melimpah.
Para peneliti berusaha mendapatkan pemecahan dengan membuat nanopartikel Palladium dengan area permukaan aktif yang cukup untuk membuat katalis lebih efisien dalam sel bahan bakar sewaktu mencegah partikel dari penggumpalan bersama-sama selama berlangsungnya proses kimia yang menkonversi bahan bakar menjadi listrik. Dua ahli kimia Universitas Brown telah menemukan cara untuk menghadapi tantangan ini.
A platinum alternative: Brown researchers have found a way to create a larger active surface area with palladium nanoparticles to catalyze energy-producing reactions in a fuel cell. (Credit: Image courtesy of Brown University)
Para ahli melaporkan dalam edisi online “Journal of The American Chemical Society” bahwa mereka telah membuat nanopartikel Palladium dengan luas permukaan 40% lebih besar daripada partikelPalladium yang umumnya tersedia. Katalis Brown juga empat kali tetap utuh daripada katalis yang digunakan sekarang ini. “Pendekatan baru”, kata Vismadeb Mazumder, Mahasiswa S2 yang bergabung dengan professor Kimia , Shouheng Sun pada papernya. “Ini dua kali lebih aktif yang berarti bahwa Anda membutuhkan setengah energy untuk mengakatalisis. Dan ini empat (4) kali lebih satbil”.
Mazumder dan Sun membuat nanopartikel Palladium berukuran 4,5 nm. Mereka melekatkan nanopartikel tersebu ke platform karbon pada ujung anoda dari sel bahan bakar asam format langsung (direct formic acid fuell cell). Peneliti melakukan hal yang baru yaitu mereka menggunakan / memanfaatkan ikatan lemah ligan-ligan amino untuk menjaga nanopartikel Palladium memisah dan tetap berada pada ukuran yang sama seperti ketika Palladium tersebut dilekatkan pada platform karbon. Dengan tetap menjaga partikel-partikel tersebut memisah dan berukuran seragam, partikel-partikel Palladium tersebut meningkatkan ketersediaan area permukaan pada platform dan memperbesar efisiensi sel bahan bakar (Fuel cell).
“Ini bekerja lebih baik”, kata Sun. Ada hal yang juga special dari ligan-ligan tersebut adalah “dapat dicuci” dari platform karbon tanpa merusak integritas pemisahan nanopartikel palladium. Hal ini merupakan langkah penting karena usaha sebelumnya untuk memindahkan atau menghilangkan ikatan bahan-bahan yang menyebabkan partikel-partikel kehilangan ukuran kaku mereka dan membentuk gumpalan secara bersama-sama, yang melekat selam reaksi berlangsung.
Tim Brown mengatakan dalam eksperimen yang menghabiskan waktu 12 jam , katalis Brown kehilangan 16% area permukaan dibandingkan dengan 64% kehilangan areapermukaan pada katalis komersial lainnya. “Kami mengatur keadaan pelemahan dari katalis kami dengan menggunakan pendekatan kami”, kata Mazumder, yang bekerja pada tahun ke dua di Laboratorium Sun. “Kami membuat nanopartikel Palladium kualitas tinggi, meletakkannya pada penopang atau penahan secara efisien, kemudian memindahkan dari stabilisator secara efisien tanpa mengubah kualitas katalis.”
Ahli kimia Universitas Brown sekarang mulai memandang pada katalis berbasis Palladium dengan memperbesar aktivitas dan stabilitas untuk aplikasi sel bahan bakar di masa yang akan datang. “Kami ingin membuatnya lebih murah dengan aktivitas yang sama” kata Mazumder.
Penelitian ini didanai oleh Division of Materials Research of The National Science Foundation dan A Brown Seed Fund.
