En nyligen genomförd studie knuten till UNIST har introducerat en ny katalysator som avsevärt kan förbättra prestandan hos perovskitelektroder i Solid Oxide Fuel Cell (SOFC).

Detta genombrott leddes av professor Gunatae Kim vid School of Energy and Chemical Engineering vid UNIST i samarbete med professor Jeeyoung Shin från Sukmyeong Women's University, Jeong Woo Hn från Seoul University, och professor Hu Young Jeong vid UCRF vid UNIST. Den nya katalysatorn bildar en legering där bränslecellens inre material stiger upp till ytan under driften av bränslecellen. På grund av detta, det går inte sönder även om du använder kolvätet direkt, och upprätthåller prestandan.

Denna studie var den första som rapporterade ett fenomen där katalytiska material tillverkar legeringar själva för att förbättra reaktionseffektiviteten. Resultaten publiceras i septembernumret 2018 av Journal of Materials Chemistry A , och har valts ut som en av 2018 Journal of Materials Chemistry A Hot Papers.

Fastoxidbränsleceller (SOFC) har potential att bli nästa stora genombrott som en alternativ energiomvandlingsanordning. En stor överklagande av SOFC är att de lovar mer effektiv användning av rikligt, billig naturgas, skapar färre totala koldioxidutsläpp än traditionella förbränningsturbiner. De använder den enkla reaktionen att kombinera väte och syre för att producera el och vatten som en biprodukt.

En av de stora utmaningarna för att utveckla prisvärda vätebränsleceller har varit lagring. Detta beror på att väte är explosivt och kräver dyra behållare för att hålla det säkert. Som ett resultat, det har skett en stor ökning av utvecklingen av SOFC som använder kolväten som skiffergas, naturgas, metan, propan och butangas.

Dock, om katalysatorerna som används i konventionella SOFC använder kolvätebaserade bränslen, deras prestanda sjunker drastiskt. Detta beror på att katalysatorns yta är förorenad med kol eller svavel som finns i det kolvätebaserade bränslet, och därmed försämrad prestanda. För att ta itu med detta, ytterligare processer behövdes för att tillsätta katalysatorförbättrande material.

Forskargruppen har löst problemet med en ny katalysator designad med en skiktad perovskitstruktur. Kärnan i denna forskning är att bygga en perovskitstruktur i två skikt (kobolt, nickel) som hjälper de kemiska reaktioner som krävs för elektrisk produktion, och när bränslecellen fungerar, den bildas av sig själv.

"Kobolt och nickel är kända för att vara effektiva katalytiska material för driften av SOFC, " säger Ohhun Kwon i den kombinerade M.S./Ph.D. of Energy and Chemical Engineering vid UNIST, den första författaren till denna studie. "Tidigare, dessa material tillsattes för att göra elektroderna, medan de nya katalysatorerna förblev i prestanda då de bildade en kobolt-nickellegering.

Katalysatorerna som utvecklats av forskarna använder metangas direkt som bränsle och fungerar stabilt utan strömfall i mer än 500 timmar. Dessutom, reaktionseffektiviteten för katalysatorn är fyra gånger högre än den för den tidigare rapporterade katalysatorn.

"Det befintliga SOFC-anodmaterialet (katalysator) kunde inte fungera tillförlitligt under lång tid, även om det visade hög prestanda från början när man använde kolvätebränsle direkt, " säger professor Kim som ledde studien. Den nyutvecklade metallegeringskatalysatorn har utmärkt katalytisk prestanda, vilket i hög grad kommer att bidra till populariseringen av bränsleceller.