Celle a combustibile, che stanno attirando l'attenzione come fonte di energia ecologica, ottenere elettricità e calore contemporaneamente attraverso la reazione inversa dell'elettrolisi dell'acqua. Perciò, il catalizzatore che migliora l'efficienza della reazione è direttamente collegato alle prestazioni della cella a combustibile. A questa, un team di ricerca congiunto POSTECH-UNIST ha fatto un passo avanti verso lo sviluppo di catalizzatori ad alte prestazioni scoprendo per la prima volta i fenomeni di ex-soluzione e transizione di fase a livello atomico.

Un team di ricerca congiunto del professor Jeong Woo Han e del Ph.D. candidato Kyeounghak Kim del Dipartimento di Ingegneria Chimica di POSTECH, e il professor Guntae Kim dell'UNIST hanno scoperto il meccanismo mediante il quale il PBMO, un catalizzatore utilizzato nelle celle a combustibile, viene trasformato dalla struttura di perovskite a struttura a strati con nanoparticelle ex soluzione1 in superficie, confermando il suo potenziale come elettrodo e catalizzatore chimico. Questi risultati della ricerca sono stati recentemente pubblicati come un articolo di quarta di copertina esterna del Scienze energetiche e ambientali , una rivista internazionale nel campo dell'energia.

I catalizzatori sono sostanze che potenziano le reazioni chimiche. PBMO (Pr _0,5 Ba _0,5 MnO ₃ -δ), uno dei catalizzatori per le celle a combustibile, è noto come un materiale che funziona stabilmente anche quando viene utilizzato direttamente come idrocarburo, non idrogeno. In particolare, presenta un'elevata conduttività ionica poiché si trasforma in una struttura a strati in un ambiente di riduzione che perde ossigeno. Allo stesso tempo, si verifica il fenomeno dell'ex-soluzione in cui gli elementi all'interno dell'ossido metallico segregano in superficie.

Questo fenomeno si verifica volontariamente in un ambiente di riduzione senza alcun processo particolare. Man mano che gli elementi all'interno del materiale salgono in superficie, la stabilità e le prestazioni della cella a combustibile migliorano immensamente. Però, è stato difficile progettare i materiali perché il processo attraverso il quale sono stati formati questi catalizzatori ad alte prestazioni era sconosciuto.

Concentrandosi su queste caratteristiche, il team di ricerca ha confermato che il processo passa attraverso una progressione di transizione di fase, ex-soluzione di particelle, e formazione del catalizzatore. Ciò è stato dimostrato utilizzando il calcolo dei primi principi basato sulla meccanica quantistica e l'esperimento XRD2 in situ che consente l'osservazione dei cambiamenti strutturali dei cristalli in tempo reale nei materiali. I ricercatori hanno anche confermato che il catalizzatore di ossidazione sviluppato in questo modo mostra prestazioni fino a quattro volte migliori rispetto ai catalizzatori convenzionali, verificando che questo studio è applicabile a vari catalizzatori chimici.

"Siamo stati in grado di comprendere con precisione i materiali in unità atomiche che erano difficili da confermare in esperimenti precedenti, e lo ha dimostrato con successo superando così i limiti della ricerca esistente comprendendo accuratamente i materiali in unità atomiche, difficili da confermare negli esperimenti esistenti, e dimostrandoli con successo, " ha spiegato il professor Jeong Woo Han che ha guidato lo studio. "Poiché questi materiali di supporto e nanocatalizzatori possono essere utilizzati per la riduzione dei gas di scarico, sensori, celle a combustibile, catalizzatori chimici, eccetera., in futuro si prevede una ricerca attiva in numerosi campi."