Yeni bir yöntem; yakıt hücresi elektrotları için ne kadar metal gerekeceğini (doğru miktarı) değerlendirmek için “Goldilocks”la fikir üretmeyi sağlar. Teknik, ideal elektrot kalınlığını tanımlamak için metal yüzeyindeki kuvvetleri kullanır.
Purdue Kimya Mühendisliği Profesörü Jeffrey Greeley: “Yakıt hücresi elektrotlarına en iyi özellikleri sağlayacak olan doğru miktarda metal var. Çok kalın veya çok ince ise bir yakıt hücresini yerleştirmek için ana reaksiyon da işe yaramaz, bu yüzden burada bir çeşit ‘Goldilocks Prensibi’ var.”
Araştırmacılar; teorilerini platine çok benzeyen bir metal olan paladyum üzerinde test ettiler.
Greeley: “Aslında, yakıt hücrelerinin elektrotlarının bir parçası olan, elektrokatalizörleri oluşturan ince metal levhaların özelliklerini ayarlamak için kuvvet kullanıyoruz. Nihai amaç, bu yöntemi çeşitli metaller üzerinde test etmektir.”
Yakıt hücreleri; bir oksijen ile birleştirilmiş hidrojeni, bir elektrokatalizörün başladığı oksijen azaltma reaksiyonu ile elektriğe dönüştürür. Tam olarak doğru kalınlığı bulmak, elektrolizörün yüzeyini zorlar ve bu reaksiyonu ne kadar iyi yaptığını arttırır.
Geçmişteki araştırmacılar; bir elektrokatalizörün yüzeyini genişletmek veya sıkıştırmak için dış kuvvetleri kullanmayı denediler. Ancak bu şekilde elektrokatalizörün daha az kararlı hale gelme riski vardı.
Bunun yerine, Greeley ekibi; bilgisayar simülasyonları aracılığıyla bir paladyum elektrokatalizörün yüzeyindeki doğal kuvvetin, mümkün olan en iyi özellikler için manipüle edilebileceğini öngördü.
Simülasyonlara göre, her biri bir atom kadar ince olan beş katlı bir elektrokatalizör, performansı optimize etmek için yeterli olacaktır.
Kimya Mühendisliğinde Araştırmacı Zhenhua Zheng: “Bu, mimarideki bazı yapıların dış kirişlere veya sütunlara ihtiyaç duymadıkları bir tür… Çünkü boyutsal ve sıkıştırma kuvvetleri dağılmış ve dengeli durumda.”
Chao Wang’ın Johns Hopkins’deki laboratuvarında yapılan deneyler; yöntemin şu anda yakıt hücresi elektrotlarında kullanılandan %90 daha az metal kullanarak, katalizör aktivitesini 10 ila 50 kat artırabileceğini tespit edip; simülasyon tahminlerini doğruladı. Bunun nedeni, atomik olarak ince elektrotlar üzerindeki yüzey kuvvetinin, metal tabakaların suşunu veya atomlar arasındaki mesafeyi, katalitik özelliklerini değiştirerek, ayarlamasıdır.
Wang: “Malzemenin kalınlığını ayarlayarak daha fazla baskı yaratabildik. Bu, malzemenin yüzeyinde istediğiniz reaksiyonu hızlandırmak için daha fazla özgürlük demektir.”
