Un recente studio affiliato all'UNIST ha introdotto un nuovo catalizzatore che può migliorare significativamente le prestazioni degli elettrodi di perovskite nelle celle a combustibile ad ossido solido (SOFC).

Questa svolta è stata guidata dal professor Gunatae Kim della School of Energy and Chemical Engineering dell'UNIST in collaborazione con il professor Jeeyoung Shin della Sukmyeong Women's University, Jeong Woo Hn dell'Università di Seoul, e il professor Hu Young Jeong dell'UCRF all'UNIST. Il nuovo catalizzatore forma una lega in cui il materiale interno della cella a combustibile sale in superficie durante il funzionamento della cella a combustibile. A causa di ciò, non si rompe nemmeno se usi direttamente l'idrocarburo, e mantiene le prestazioni.

Questo studio è stato il primo a segnalare un fenomeno in cui i materiali catalitici creano le leghe stesse per migliorare l'efficienza della reazione. I risultati sono pubblicati nel numero di settembre 2018 del Journal of Materials Chemistry A , ed è stato selezionato come uno dei 2018 Journal of Materials Chemistry A Carte calde.

Le celle a combustibile ad ossido solido (SOFC) hanno il potenziale per diventare il prossimo importante passo avanti come dispositivo di conversione dell'energia alternativa. Un grande fascino delle SOFC è che promettono un uso più efficiente di abbondanti, gas naturale poco costoso, creando minori emissioni complessive di anidride carbonica rispetto alle tradizionali turbine a combustione. Usano la semplice reazione di combinare idrogeno e ossigeno per produrre elettricità e acqua come sottoprodotto.

Una delle principali sfide per lo sviluppo di celle a combustibile a idrogeno a prezzi accessibili è stata lo stoccaggio. Questo perché l'idrogeno è esplosivo e richiede costosi contenitori per tenerlo in sicurezza. Di conseguenza, c'è stato un grande aumento nello sviluppo di SOFC che utilizzano idrocarburi come il gas di scisto, gas naturale, metano, gas propano e butano.

Però, se i catalizzatori utilizzati nelle SOFC convenzionali utilizzano combustibili a base di idrocarburi, le loro prestazioni calano drasticamente. Questo perché la superficie del catalizzatore è contaminata dal carbonio o dallo zolfo contenuto nel carburante a base di idrocarburi, peggiorando così le prestazioni. Per affrontare questo, erano necessari ulteriori processi per aggiungere materiali che migliorano il catalizzatore.

Il team di ricerca ha risolto il problema con un nuovo catalizzatore progettato con una struttura a strati di perovskite. Al centro di questa ricerca c'è la costruzione di una struttura di perovskite a due strati (cobalto, nichel) che aiuta le reazioni chimiche necessarie per la produzione elettrica, e quando la cella a combustibile funziona, si forma da solo.

"Il cobalto e il nichel sono noti per essere materiali catalitici efficaci per il funzionamento delle SOFC, " dice Ohhun Kwon nel Combined MS/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering presso l'UNIST, il primo autore di questo studio. "In precedenza, questi materiali sono stati aggiunti per realizzare gli elettrodi, mentre i nuovi catalizzatori hanno mantenuto le prestazioni poiché formavano una lega di cobalto-nichel.

I catalizzatori sviluppati dai ricercatori utilizzano direttamente il gas metano come combustibile e funzionano stabilmente senza cali di corrente per più di 500 ore. Inoltre, l'efficienza di reazione del catalizzatore è quattro volte superiore a quella del catalizzatore precedentemente riportato.

"Il materiale dell'anodo SOFC esistente (catalizzatore) non è stato in grado di funzionare in modo affidabile per molto tempo, anche se inizialmente ha mostrato prestazioni elevate quando si utilizza direttamente il carburante idrocarburico, " afferma il professor Kim che ha guidato lo studio. Il catalizzatore in lega metallica di nuova concezione ha eccellenti prestazioni catalitiche, che contribuirà notevolmente alla divulgazione delle celle a combustibile.