Hemmeligheden bag katalysatorer, der øger brændselscelleeffektiviteten

Brændstofceller, som tiltrækker opmærksomhed som en miljøvenlig energikilde, opnå elektricitet og varme samtidigt gennem den omvendte reaktion af vandelektrolyse. Derfor, katalysatoren, der øger reaktionseffektiviteten, er direkte forbundet med brændselscellens ydeevne. Til dette, et POSTECH-UNIST fælles forskerhold har taget et skridt tættere på at udvikle højtydende katalysatorer ved at afdække eks-løsningen og faseovergangsfænomenerne på atomniveau for første gang.

Et fælles forskerhold af professor Jeong Woo Han og ph.d. kandidat Kyeounghak Kim fra POSTECHs afdeling for kemiteknik, og professor Guntae Kim fra UNIST har afsløret den mekanisme, hvorved PBMO - en katalysator brugt i brændselsceller - transformeres fra perovskitstruktur til lagdelt struktur med nanopartikler fra opløsning1 til overfladen, bekræfter dets potentiale som en elektrode og en kemisk katalysator. Disse forskningsresultater blev for nylig offentliggjort som et udvendigt bagsidepapir af Energi- og miljøvidenskab , et internationalt tidsskrift inden for energiområdet.

Katalysatorer er stoffer, der fremmer kemiske reaktioner. PBMO (Pr _0,5 Ba _0,5 MnO ₃ -δ), en af ​​katalysatorerne for brændselsceller, er kendt som et materiale, der fungerer stabilt, selv når det bruges direkte som kulbrinte, ikke brint. I særdeleshed, det udviser høj ionisk ledningsevne, da det ændrer sig til en lagdelt struktur under et reduktionsmiljø, der mister ilt. På samme tid, eks-opløsningsfænomenet opstår, hvor grundstofferne inde i metaloxidet adskiller sig til overfladen.

Dette fænomen opstår frivilligt under et reduktionsmiljø uden nogen særlig proces. Når elementerne inde i materialet stiger til overfladen, stabiliteten og ydeevnen af ​​brændselscellen forbedres enormt. Imidlertid, det var svært at designe materialerne, fordi processen, hvorigennem disse højtydende katalysatorer blev dannet, var ukendt.

Med fokus på disse funktioner, forskerholdet bekræftede, at processen går gennem en progression af faseovergang, partikel ex-opløsning, og katalysatordannelse. Dette blev bevist ved hjælp af den første-principper-beregning baseret på kvantemekanik og in-situ XRD2-eksperimentet, der tillader observation af real-time krystal strukturelle ændringer i materialer. Forskerne bekræftede også, at oxidationskatalysatoren udviklet på denne måde viser op til fire gange bedre ydeevne end de konventionelle katalysatorer, at verificere, at denne undersøgelse er anvendelig til forskellige kemiske katalysatorer.

"Vi var i stand til præcist at forstå materialerne i atomare enheder, som var svære at bekræfte i tidligere eksperimenter, og med succes demonstreret, at det dermed overvinder begrænsningerne ved eksisterende forskning ved nøjagtigt at forstå materialer i atomare enheder, som var svære at bekræfte i eksisterende eksperimenter, og med succes demonstrere dem, " forklarede professor Jeong Woo Han, der ledede undersøgelsen. "Da disse støttematerialer og nanokatalysatorer kan bruges til udstødningsgasreduktion, sensorer, brændstofceller, kemiske katalysatorer, etc., aktiv forskning inden for adskillige områder forventes i fremtiden."