Syntesemetoder i stor skala til enkeltatom-katalysatorer til alkaliske brændselsceller

Alkaliske brændselsceller (AFC) omdanner den kemiske energi af brint og ilt til elektrisk energi, mens de kun producerer vand som et biprodukt. Dette gør dem til en yderst attraktiv næste generations, miljøvenlig energikilde. Selvom platinkatalysatorer generelt anvendes i alkaliske brændselsceller, er de dyre og oplever også udfordringer relateret til stabilitet, når de anvendes i alkaliske brændselsceller. Som et resultat heraf er enkeltatomkatalysatorer (SAC'er), som dannet på kulstofbærere, ved at blive lovende kandidater som alternative næste generations katalysatorer. Kommercialiseringen af ​​disse enkeltatom-katalysatorer er imidlertid vanskelig på grund af de komplekse syntesemetoder, der konventionelt anvendes ved deres fremstilling. Disse komplekse processer er nødvendige for at forhindre binding af metalatomer, som er forbundet med nedbrydningen af ​​katalysatorens ydeevne.

I arbejde udført af forskerholdet ledet af doktor Nam Dong Kim fra Functional Composite Materials Research Center ved Korea Institute of Science and Technology (KIST, præsident Seok-Jin Yoon), og doktor Sung Jong Yoo fra Hydrogen-Fuel Cell Research I midten blev elektriske lysbuer brugt til at producere højtydende kobolt-baserede enkeltatom-katalysatorer. Her resulterede den nye brug af lysbuer, som hovedsageligt anvendes til elektrisk svejsning, i udviklingen af ​​en original teknologi, der kan producere billige og højtydende, koboltbaserede enkeltatomskatalysatorer i kommerciel skala (10 g/ h).

De udviklede katalysatorer har vist sig at have mere end dobbelt så høj iltreduktionsevne og mere end 10 gange holdbarheden af ​​traditionelle platinkatalysatorer. Disse kobolt-baserede enkeltatom-katalysatorer klarede sig også væsentligt bedre end eksisterende kobolt-baserede katalysatorer, når de blev anvendt på egentlige brændselsceller.

Denne undersøgelse fokuserede på nedbrydning af elementer til deres atomare tilstand ved at anvende elektriske buer, som blev efterfulgt af deres efterfølgende højenergitilstandsrekombination inden for den elektriske lysbue. Efter blanding af de udvalgte metal- og kulstofmaterialer blev metallerne nedbrudt til atomer ved hjælp af en elektrisk lysbue. Under rekombinationen fyldte disse metalatomer rummene i det højkrystallinske nanocarbongitter, hvilket indebar, at katalysatoren kunne syntetiseres uden aggregering. Resultaterne viste også, at denne enkeltatom-katalysatorsyntesemetode var anvendelig til forskellige overgangsmetaller, herunder platin, kobolt, mangan, nikkel og jern.

Dr. Nam Dong Kim fra KIST forklarede undersøgelsens betydning ved at sige:"Nøgletræk ved denne undersøgelse var, hvordan vi var i stand til at bruge billigere katalysatorer som et alternativ til dyre platinkatalysatorer ved at forbedre funktionen og holdbarheden af ​​den alkaliske brændselscelle katalysatorer for næste generation." Han tilføjede, "Vi forventer, at anvendelsen af ​​disse katalysatorer vil strække sig ud over design- og fremstillingsprocesserne for alkaliske brændselsceller af næste generation, til forskellige andre elektrokemiske konverteringssystemer, som vil bidrage meget til etableringen af ​​kulstofneutralitet og brintøkonomien. " + Udforsk yderligere

Højtydende enkeltatomskatalysatorer til højtemperaturbrændselsceller