Forbedret brændselscelleydelse ved hjælp af halvlederfremstillingsteknologi

Et forskerhold i Korea har syntetiseret metalnanopartikler, der drastisk kan forbedre ydeevnen af ​​brintbrændselscellekatalysatorer ved at bruge halvlederfremstillingsteknologi. Korea Institute of Science and Technology (KIST) annoncerede, at forskerholdet ledet af Dr. Sung Jong Yoo fra Hydrogen Fuel Cell Research Center er lykkedes med at syntetisere nanopartikler ved en fysisk metode frem for de eksisterende kemiske reaktioner ved at bruge sputterteknologien, som er en tynd metalfilmaflejringsteknologi, der bruges i halvlederfremstilling.

Metal nanopartikler er blevet undersøgt på forskellige områder i løbet af de sidste par årtier. For nylig har metalnanopartikler tiltrukket sig opmærksomhed som en kritisk katalysator for brintbrændselsceller og vandelektrolysesystemer til at producere brint. Metal nanopartikler fremstilles hovedsageligt gennem komplekse kemiske reaktioner. Derudover er de tilberedt ved hjælp af organiske stoffer, der er skadelige for miljøet og mennesker. Derfor påløber der uundgåeligt yderligere omkostninger til deres behandling, og synteseforholdene er udfordrende. Derfor kræves en ny nanopartikelsyntesemetode, der kan overvinde manglerne ved den eksisterende kemiske syntese, for at etablere brintenergiregimet.

Sputtering-processen anvendt af KIST-forskerholdet er en teknologi, der belægger en tynd metalfilm under halvlederfremstillingsprocessen. I denne proces bruges plasma til at skære store metaller til nanopartikler, som derefter aflejres på et substrat for at danne en tynd film. Forskerholdet forberedte nanopartikler ved hjælp af "glukose", et specielt substrat, der forhindrede transformationen af ​​metalnanopartiklerne til en tynd film ved at bruge plasma under processen. Syntesemetoden brugte princippet om fysisk dampaflejring ved hjælp af plasma snarere end kemiske reaktioner. Derfor kunne metalnanopartikler syntetiseres ved hjælp af denne enkle metode, der overvinder begrænsningerne ved de eksisterende kemiske syntesemetoder.

Udviklingen af ​​nye katalysatorer er blevet hindret, fordi de eksisterende kemiske syntesemetoder begrænsede de typer metaller, der kunne bruges som nanopartikler. Desuden skal syntesebetingelserne ændres afhængigt af metaltypen. Det er dog blevet muligt at syntetisere nanopartikler af mere forskelligartede metaller gennem den udviklede syntesemetode. Desuden, hvis denne teknologi anvendes samtidigt på to eller flere metaller, kan legeringsnanopartikler af forskellige sammensætninger syntetiseres. Dette ville føre til udviklingen af ​​højtydende nanopartikelkatalysatorer baseret på legeringer af forskellige sammensætninger.

KIST-forskerholdet syntetiserede en nanopartikelkatalysator af platin-kobolt-vanadium-legering ved hjælp af denne teknologi og anvendte til iltreduktionsreaktionen i brintbrændselscelleelektroder. Som et resultat heraf var katalysatoraktiviteten syv og tre gange højere end for platin- og platin-cobolt-legeringskatalysatorer, der er kommercielt brugt som katalysatorer til henholdsvis brintbrændselsceller. Desuden undersøgte forskerne effekten af ​​det nytilsatte vanadium på andre metaller i nanopartiklerne. De fandt ud af, at vanadium forbedrede katalysatorens ydeevne ved at optimere platin-iltbindingsenergien gennem computersimulering.

Dr. Sung Jong Yoo fra KIST kommenterede:"Gennem denne forskning har vi udviklet en syntesemetode baseret på et nyt koncept, som kan anvendes til forskning fokuseret på metalnanopartikler mod udvikling af vandelektrolysesystemer, solceller, petrokemikalier." Han tilføjede:"Vi vil stræbe efter at etablere en komplet brintøkonomi og udvikle kulstofneutral teknologi ved at anvende legerede nanopartikler med nye strukturer, som har været vanskelige at implementere, for at [udvikle] miljøvenlige energiteknologier, herunder brintbrændselsceller." + Udforsk yderligere

Syntesemetoder i stor skala til enkeltatom-katalysatorer til alkaliske brændselsceller