محققان با استفاده از فناوری نانو توانسته‌اند کاتالیزوری غیر فلزی و مبتنی بر کربن بسازند که عملکرد بسیار بالایی در واکنش کاهش اکسیژن (ORR) دارد. این واکنش یکی از مراحل کلیدی در باتری‌های هوا – روی و سلول‌های سوختی است و معمولاً انجام آن با کندی همراه است.
به گزارش هیچ یک از ستاد ویژه توسعه فناوری نانو، در این پژوهش، محققان نانولوله‌های کربنی متخلخل را از پلی‌آنیلین ساخته و با نیتروژن و نمک روی اصلاح کردند.
این ساختار ویژه، نه‌تنها تعداد سایت‌های فعال برای واکنش ORR را افزایش می‌دهد، بلکه اکسیژن را بهتر جذب می‌کند و سرعت واکنش را بالا می‌برد. نتیجه این کار، کاتالیزوری است به نام NS-HPCNTs-۰.۳ که چگالی جریان بالای ۵٫۷۶ میلی‌آمپر بر سانتی‌متر مربع و پتانسیل نیمه‌موج ۰/۹۰ ولت دارد.
ویژگی قابل توجه این کاتالیزور، ساختار میکرو و نانوحفره دار منظم آن است که نفوذ الکترولیت و عبور یون‌ها را آسان می‌کند. همچنین ترکیب نیتروژن‌های پیرولینی و پیرولی در ساختار کربن، عملکرد کاتالیزور را به شکل چشمگیری بهبود می‌بخشد.
زمانی که این کاتالیست به‌عنوان کاتد در باتری‌های هوا روی استفاده شد، توانست چگالی توان بالای ۲۰۲ میلی‌وات بر سانتی‌متر مربع را ارائه کند و بیش از ۱۶۵ ساعت پایداری خود را حفظ کند. این عملکرد، آن را از بسیاری از کاتالیزورهای مبتنی بر پلاتین بهتر و اقتصادی‌تر می‌کند.
محققان معتقدند که ترکیب طراحی مورفولوژی نانولوله‌ها با دوپینگ اتم‌های نیتروژن و استفاده از نمک روی، یک راهکار نوآورانه برای ساخت کاتالیزورهای کارآمد و سازگار با محیط‌زیست است و می‌تواند در آینده برای باتری‌ها و سیستم‌های ذخیره انرژی به کار گرفته شود.
این تحقیق نشان می‌دهد که فناوری نانو، با تغییر شکل و ترکیب مواد در سطح اتمی، می‌تواند به بهبود عملکرد باتری‌ها و کاهش وابستگی به فلزات گران‌بها کمک کند و مسیر جدیدی برای انرژی پاک و اقتصادی فراهم کند.
