che mostra una singola reazione di sintesi del catalizzatore atomico utilizzando un fulmine artificiale. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Le celle a combustibile alcaline (AFC) convertono l'energia chimica dell'idrogeno e dell'ossigeno in energia elettrica, producendo solo acqua come sottoprodotto. Questo li rende una fonte di energia ecologica di nuova generazione estremamente attraente. Sebbene i catalizzatori al platino siano generalmente impiegati nelle celle a combustibile alcaline, sono costosi e presentano anche sfide legate alla stabilità quando vengono utilizzati nelle celle a combustibile alcaline. Di conseguenza, i catalizzatori a atomo singolo (SAC), formati su supporti di carbonio, stanno diventando candidati promettenti come catalizzatori alternativi di prossima generazione. Tuttavia, la commercializzazione di questi catalizzatori a singolo atomo è difficile a causa dei complessi metodi di sintesi convenzionalmente impiegati nella loro fabbricazione. Questi processi complessi sono necessari per prevenire il legame di atomi di metallo, che sono associati alla degradazione delle prestazioni del catalizzatore.
Nel lavoro svolto dal gruppo di ricerca guidato dal dottor Nam Dong Kim del centro di ricerca sui materiali compositi funzionali del Korea Institute of Science and Technology (KIST, presidente Seok-Jin Yoon) e dal dottor Sung Jong Yoo della Hydrogen-Fuel Cell Research al centro, gli archi elettrici sono stati utilizzati per produrre catalizzatori a singolo atomo a base di cobalto ad alte prestazioni. Qui, il nuovo uso degli archi elettrici, utilizzati principalmente nella saldatura elettrica, ha portato allo sviluppo di una tecnologia originale in grado di produrre catalizzatori a singolo atomo a base di cobalto economici e ad alte prestazioni su scala commerciale (10 g/ h).
I catalizzatori sviluppati hanno dimostrato di avere più del doppio delle capacità di riduzione dell'ossigeno e più di 10 volte la durata dei tradizionali catalizzatori al platino. Questi catalizzatori a singolo atomo a base di cobalto hanno anche prestazioni significativamente migliori rispetto ai catalizzatori a base di cobalto esistenti quando applicati alle celle a combustibile reali.
Questo studio si è concentrato sulla decomposizione degli elementi nel loro stato atomico impiegando archi elettrici, a cui è seguita la successiva ricombinazione dello stato ad alta energia all'interno dell'arco elettrico. Dopo aver mescolato il metallo selezionato e i materiali di carbonio, i metalli sono stati decomposti in atomi usando un arco elettrico. Durante la ricombinazione, questi atomi di metallo hanno riempito gli spazi nel reticolo di nanocarbonio altamente cristallino, il che implica che il catalizzatore potrebbe essere sintetizzato senza aggregazione. I risultati hanno anche indicato che questo metodo di sintesi del catalizzatore a atomo singolo era applicabile a vari metalli di transizione, inclusi platino, cobalto, manganese, nichel e ferro.
Un diagramma schematico di una singola sintesi di catalizzatore atomico utilizzando l'arco elettrico. Credito:Korea Institute of Science and Technology (KIST)
Il Dr. Nam Dong Kim del KIST ha spiegato il significato dello studio dicendo:"La caratteristica fondamentale di questo studio è stata come siamo stati in grado di utilizzare catalizzatori più economici come alternativa ai costosi catalizzatori al platino, migliorando la funzione e la durata della cella a combustibile alcalina catalizzatori della prossima generazione". Ha aggiunto:"Ci aspettiamo che l'applicazione di questi catalizzatori si estenda oltre i processi di progettazione e produzione di celle a combustibile alcaline della prossima generazione, a vari altri sistemi di conversione elettrochimica, che contribuiranno notevolmente all'instaurazione della neutralità del carbonio e all'economia dell'idrogeno. " + Esplora ulteriormente
