Till skillnad från sekundära batterier som måste laddas, bränsleceller är en typ av miljövänligt kraftproduktionssystem som producerar elektricitet direkt från elektrokemiska reaktioner med väte som bränsle och syre som oxidant. Det finns olika typer av bränsleceller, olika driftstemperaturer och elektrolytmaterial. Bränsleceller i fast oxid (SOFC), som använder en keramisk elektrolyt, får allt större uppmärksamhet. Eftersom de fungerar vid höga temperaturer runt 700 grader Celsius, de erbjuder den högsta effektiviteten bland bränslecellstyper, och kan också användas för att producera väte genom ångnedbrytning. För kommersialisering av denna teknik, ytterligare förbättring av cellprestanda är nödvändig, och nya högtemperatur-katalysatormaterial är efterlängtade.

Platina (Pt) -baserade katalysatorer visar utmärkt prestanda vid bränslecellelektrodreaktioner. Single-atom Pt-katalysatorer är intressanta på grund av deras unika funktionalitet. Dock, vid höga temperaturer, Pt -atomerna är inte stabila och agglomererar lätt. Därför, Pt-atomkatalysatorer har endast använts i bränsleceller med låg temperatur, som bränsleceller av polymerelektrolytmembran, som används för väteelektriska fordon.

Ett forskargrupp har nu utvecklat en katalysator som endast kräver en liten mängd platina för en betydande förbättring av prestanda, och kan arbeta stabilt vid höga temperaturer. Dr Kyung-Joong Yoon och forskaren Ji-Su Shin från Center for Energy Materials Research, har tillsammans med professor Yun Jung Lee från Hanyang University utvecklat en enatom Pt-katalysator som kan användas för SOFC.

I sin forskning, hela platina atomer är jämnt fördelade och fungerar individuellt utan tätbebyggelse, även vid höga temperaturer. Det har experimentellt visats öka elektrodreaktionshastigheten med mer än 10 gånger. Det kan också fungera i mer än 500 timmar, även vid höga temperaturer upp till 700 grader Celsius och förbättrar elproduktion och väteproduktion med tre till fyra gånger. Det förväntas påskynda kommersialiseringen av fastoxidbränsleceller (SOFC), nästa generation miljövänliga bränsleceller.

Forskargruppen vid KIST-Hanyang-universitetet skapade en atomkatalysator genom att kombinera platina atomer och cerium (Ce) oxid nanopartiklar. Varje platinaatom är individuellt dispergerad på ytan av ceriumoxid -nanopartiklarna, och den starka bindningen upprätthåller atomernas dispergerade tillstånd under en lång tid, även vid höga temperaturer, vilket gör att alla platinaatomer kan vara involverade i reaktionen. Detta gör det i sin tur möjligt att väsentligt förbättra hastigheten för elektrodreaktionen samtidigt som man använder mängden platina som används.

För tillverkningen, en lösning som innehåller platina och ceriumjoner injiceras i elektroden i SOFC, och katalysatorerna syntetiseras medan bränslecellen arbetar vid en hög temperatur. Eftersom injektionen i elektroden enkelt kan utföras utan någon speciell utrustning, den nyutvecklade katalysatorn kan enkelt appliceras på befintliga processer för tillverkning av bränsleceller.

Dr Kyung-Joong Yoon från KIST sa:"Katalysatorn som utvecklats i denna studie kan appliceras på en mängd olika bränsleceller med fastoxid och elektrokemiska anordningar med hög temperatur med hjälp av en enkel och enkel billig process, så det förväntas påskynda utvecklingen av nästa generations miljövänliga kraftproduktion och energilagringsenheter. Baserat på det faktum att en atomkatalysator kan fungera stabilt även vid 700 grader Celsius eller högre, dess applikationsfält kommer att utvidgas kraftigt, inklusive termokemiska reaktioner vid hög temperatur och elektrokemiska reaktioner vid hög temperatur. "