I veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) sono un mezzo di trasporto ecologico che sostituirà le locomotive a combustione interna. Gli FCEV offrono numerosi vantaggi come tempi di ricarica brevi e lunghi chilometraggi. Tuttavia, il costo eccessivo del platino utilizzato come catalizzatore per celle a combustibile porta a una fornitura limitata di FCEV. Sono state condotte ricerche approfondite su catalizzatori di metalli non preziosi come ferro e cobalto per sostituire il platino; tuttavia, è ancora difficile trovare sostituti del platino a causa delle basse prestazioni e della bassa stabilità dei catalizzatori di metalli non preziosi.

Un gruppo di ricerca guidato dal Dr. Sung Jong Yoo del Centro di ricerca sulle celle a combustibile a idrogeno presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha condotto una ricerca congiunta con il professor Jinsoo Kim della Kyung Hee University e il professor Hyung-Kyu Lim della Kangwon National University; hanno annunciato di aver sviluppato un singolo catalizzatore atomico a base di cobalto con prestazioni e stabilità migliorate di circa il 40% rispetto ai catalizzatori di nanoparticelle di cobalto contemporanei. La loro ricerca è pubblicata in Applied Catalysis B:Environmental .

I catalizzatori convenzionali sono tipicamente sintetizzati tramite pirolisi, in cui i precursori dei metalli di transizione e il carbonio vengono miscelati a 700–1000 ℃. Tuttavia, a causa dell'aggregazione del metallo e di una bassa area superficiale specifica, i catalizzatori ottenuti attraverso questo processo avevano un'attività limitata. Di conseguenza, i ricercatori si sono concentrati sulla sintesi di catalizzatori uniatomici; tuttavia, i catalizzatori monoatomici precedentemente riportati possono essere prodotti solo in piccole quantità perché le sostanze chimiche e i metodi di sintesi utilizzati variavano a seconda del tipo di catalizzatore sintetizzato. Pertanto, la ricerca si è concentrata sul miglioramento delle prestazioni del catalizzatore piuttosto che sul processo di produzione.

Per affrontare questo problema, è stato implementato il metodo della pirolisi spray utilizzando un umidificatore industriale. Le particelle a forma di gocciolina sono state ottenute trattando rapidamente a caldo le goccioline ottenute da un umidificatore. Ciò può consentire la produzione di massa attraverso un processo continuo e qualsiasi metallo può essere facilmente prodotto in particelle. I materiali utilizzati per la sintesi delle particelle metalliche devono essere solubili in acqua perché le particelle sono realizzate tramite un umidificatore industriale.

È stato confermato che i catalizzatori monoatomici a base di cobalto sviluppati attraverso questo processo mostrano un'eccellente stabilità e prestazioni delle celle a combustibile e sono superiori del 40% rispetto ai catalizzatori di cobalto convenzionali. I catalizzatori a base di cobalto causano anche reazioni collaterali nelle celle a combustibile; tuttavia, la scienza computazionale ha dimostrato che i catalizzatori prodotti tramite pirolisi spray portano a reazioni in avanti nelle celle a combustibile.

Il Dr. Yoo ha chiarito:"Attraverso questa ricerca, è stato sviluppato un processo che può consentire un notevole miglioramento nella produzione di massa di catalizzatori monoatomici a base di cobalto e il meccanismo operativo dei catalizzatori a base di cobalto è stato chiarito tramite analisi ravvicinate e computazionali scienza. Questi risultati dovrebbero servire come indicatori per la ricerca futura sui catalizzatori di cobalto". Hanno anche aggiunto:"Abbiamo in programma di espandere l'ambito della ricerca futura per esplorare non solo i catalizzatori per le celle a combustibile, ma anche i catalizzatori ambientali, l'elettrolisi dell'acqua e i campi delle batterie". + Esplora ulteriormente

Metodi di sintesi su larga scala per catalizzatori monoatomo per celle a combustibile alcaline