Un estudio reciente afiliado a UNIST ha introducido un catalizador novedoso que puede mejorar significativamente el rendimiento de los electrodos de perovskita en la celda de combustible de óxido sólido (SOFC).

Este avance fue dirigido por la profesora Gunatae Kim en la Escuela de Energía e Ingeniería Química de UNIST en colaboración con la profesora Jeeyoung Shin de la Universidad de Mujeres de Sukmyeong. Jeong Woo Hn de la Universidad de Seúl, y el profesor Hu Young Jeong de UCRF en UNIST. El nuevo catalizador forma una aleación en la que el material interno de la pila de combustible asciende a la superficie durante el funcionamiento de la pila de combustible. Debido a esto, no se rompe incluso si usa el hidrocarburo directamente, y mantiene el rendimiento.

Este estudio fue el primero en informar sobre un fenómeno en el que los materiales catalíticos fabrican aleaciones ellos mismos para mejorar la eficiencia de la reacción. Los hallazgos aparecen publicados en la edición de septiembre de 2018 de la Revista de Química de Materiales A , y ha sido seleccionado como uno de los 2018 Revista de Química de Materiales A Papeles calientes.

Las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC) tienen el potencial de convertirse en el próximo gran avance como dispositivo alternativo de conversión de energía. Un gran atractivo de las SOFC es que prometen un uso más eficiente de abundantes gas natural económico, creando menos emisiones totales de dióxido de carbono que las turbinas de combustión tradicionales. Utilizan la simple reacción de combinar hidrógeno y oxígeno para producir electricidad y agua como subproducto.

Uno de los principales desafíos para el desarrollo de pilas de combustible de hidrógeno asequibles ha sido el almacenamiento. Esto se debe a que el hidrógeno es explosivo y requiere contenedores costosos para contenerlo de manera segura. Como resultado, ha habido un gran incremento en el desarrollo de SOFCs que utilizan hidrocarburos como el gas de esquisto, gas natural, metano, gas propano y butano.

Sin embargo, si los catalizadores utilizados en las SOFC convencionales utilizan combustibles a base de hidrocarburos, su rendimiento cae drásticamente. Esto se debe a que la superficie del catalizador está contaminada con carbono o azufre contenido en el combustible a base de hidrocarburos, deteriorando así el rendimiento. Para abordar esto, Se necesitaban procesos adicionales para agregar materiales potenciadores de catalizadores.

El equipo de investigación ha resuelto el problema con un nuevo catalizador diseñado con una estructura de perovskita en capas. El núcleo de esta investigación es construir una estructura de perovskita de dos capas (cobalto, níquel) que ayuda a las reacciones químicas necesarias para la producción eléctrica, y cuando funciona la pila de combustible, se forma por sí mismo.

"Se sabe que el cobalto y el níquel son materiales catalíticos eficaces para el funcionamiento de las SOFC, "dice Ohhun Kwon en el Combined M.S./Ph.D. de Energía e Ingeniería Química en UNIST, el primer autor de este estudio. "Previamente, estos materiales se agregaron para hacer los electrodos, mientras que los nuevos catalizadores se mantuvieron en funcionamiento ya que formaron una aleación de cobalto-níquel.

Los catalizadores desarrollados por los investigadores utilizan gas metano directamente como combustible y funcionan de forma estable sin caída de corriente durante más de 500 horas. Adicionalmente, la eficacia de reacción del catalizador es cuatro veces mayor que la del catalizador descrito anteriormente.

"El material del ánodo SOFC existente (catalizador) no pudo funcionar de manera confiable durante mucho tiempo, a pesar de que inicialmente mostró un alto rendimiento cuando se usaba combustible de hidrocarburos directamente, "dice el profesor Kim, quien dirigió el estudio. El catalizador de aleación de metal recientemente desarrollado tiene un excelente rendimiento catalítico, lo que contribuirá en gran medida a la popularización de las pilas de combustible.