som visar en syntesreaktion av en enda atomkatalysator med hjälp av konstgjord blixt. Kredit:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Alkaliska bränsleceller (AFC) omvandlar den kemiska energin av väte och syre till elektrisk energi, medan de bara producerar vatten som en biprodukt. Detta gör dem till en extremt attraktiv nästa generations, miljövänlig energikälla. Även om platinakatalysatorer i allmänhet används i alkaliska bränsleceller, är de dyra och upplever även utmaningar relaterade till stabilitet när de används i alkaliska bränsleceller. Som ett resultat blir katalysatorer med en atom (SAC), som bildas på kolbärare, lovande kandidater som alternativa nästa generations katalysatorer. Kommersialiseringen av dessa enatomskatalysatorer är emellertid svår på grund av de komplexa syntesmetoder som konventionellt används vid deras tillverkning. Dessa komplexa processer krävs för att förhindra bindning av metallatomer, som är förknippade med försämring av katalysatorprestanda.
I arbete utfört av forskargruppen ledd av doktor Nam Dong Kim från Functional Composite Materials Research Center vid Korea Institute of Science and Technology (KIST, president Seok-Jin Yoon), och doktor Sung Jong Yoo från Hydrogen-Fuel Cell Research I mitten användes ljusbågar för att producera högpresterande koboltbaserade enatomskatalysatorer. Här resulterade den nya användningen av ljusbågar, som huvudsakligen används vid elektrisk svetsning, i utvecklingen av en originalteknologi som kan producera billiga och högpresterande, koboltbaserade enatomskatalysatorer i kommersiell skala (10 g/ h).
De utvecklade katalysatorerna visade sig ha mer än dubbelt så mycket syrereducerande förmåga och mer än 10 gånger så lång hållbarhet som traditionella platinakatalysatorer. Dessa koboltbaserade enatomskatalysatorer presterade också betydligt bättre än befintliga koboltbaserade katalysatorer när de applicerades på faktiska bränsleceller.
Denna studie fokuserade på nedbrytningen av element till deras atomära tillstånd genom att använda elektriska ljusbågar, som följdes av deras efterföljande högenergitillståndsrekombination inom den elektriska bågen. Efter blandning av de utvalda metall- och kolmaterialen, sönderdelades metallerna till atomer med hjälp av en elektrisk ljusbåge. Under rekombinationen fyllde dessa metallatomer utrymmena i det mycket kristallina nanokolgittret, vilket antydde att katalysatorn kunde syntetiseras utan aggregering. Resultaten visade också att denna enatoms katalysatorsyntesmetod var tillämpbar på olika övergångsmetaller, inklusive platina, kobolt, mangan, nickel och järn.
Ett schematiskt diagram över syntes av en enda atomär katalysator med hjälp av en elektrisk båge. Kredit:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Dr Nam Dong Kim från KIST förklarade studiens betydelse genom att säga:"Nyckeldraget i denna studie var hur vi kunde använda billigare katalysatorer som ett alternativ till dyra platinakatalysatorer genom att förbättra funktionen och hållbarheten hos den alkaliska bränslecellen katalysatorer för nästa generation." Han tillade, "Vi förväntar oss att tillämpningen av dessa katalysatorer kommer att sträcka sig bortom design- och tillverkningsprocesserna för alkaliska bränsleceller av nästa generation, till olika andra elektrokemiska omvandlingssystem, som kommer att bidra i hög grad till upprättandet av kolneutralitet och väteekonomin. " + Utforska vidare
