Los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) son un medio de transporte ecológico que sustituirá a las locomotoras de combustión interna. Los FCEV ofrecen varias ventajas, como un tiempo de carga corto y un largo kilometraje. Sin embargo, el costo excesivo del platino utilizado como catalizador de celdas de combustible conduce a un suministro limitado de FCEV. Ha habido una amplia investigación sobre catalizadores de metales no preciosos como el hierro y el cobalto para reemplazar el platino; sin embargo, sigue siendo un desafío encontrar sustitutos del platino debido al bajo rendimiento y la baja estabilidad de los catalizadores de metales no preciosos.

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Sung Jong Yoo del Centro de Investigación de Pilas de Combustible de Hidrógeno del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) realizó una investigación conjunta con el profesor Jinsoo Kim de la Universidad Kyung Hee y el profesor Hyung-Kyu Lim de la Universidad Nacional Kangwon; anunciaron que han desarrollado un catalizador basado en cobalto atómico único con aproximadamente un 40 % más de rendimiento y estabilidad en comparación con los catalizadores de nanopartículas de cobalto contemporáneos. Su investigación se publica en Applied Catalysis B:Environmental .

Los catalizadores convencionales generalmente se sintetizan mediante pirólisis, en la que los precursores de metales de transición y el carbono se mezclan a 700-1000 ℃. Sin embargo, debido a la agregación de metales y una baja área superficial específica, los catalizadores obtenidos a través de este proceso tenían una actividad limitada. En consecuencia, los investigadores se han centrado en sintetizar catalizadores de un solo átomo; sin embargo, los catalizadores monoatómicos informados anteriormente solo se pueden producir en pequeñas cantidades porque las sustancias químicas y los métodos de síntesis utilizados varían según el tipo de catalizador sintetizado. Por lo tanto, la investigación se ha centrado en la mejora del rendimiento del catalizador en lugar del proceso de fabricación.

Para abordar este problema, se implementó el método de pirólisis por aspersión utilizando un humidificador industrial. Se obtuvieron partículas en forma de gotitas por tratamiento térmico rápido de las gotitas obtenidas de un humidificador. Esto puede permitir la producción en masa a través de un proceso continuo, y cualquier metal puede convertirse fácilmente en partículas. Los materiales utilizados para la síntesis de partículas metálicas deben ser solubles en agua porque las partículas se fabrican a través de un humidificador industrial.

Se confirmó que los catalizadores monoatómicos a base de cobalto desarrollados a través de este proceso exhiben una estabilidad excelente, así como un rendimiento de celda de combustible y son un 40 % superiores en comparación con los catalizadores de cobalto convencionales. Los catalizadores a base de cobalto también provocan reacciones secundarias en las pilas de combustible; sin embargo, la ciencia computacional ha demostrado que los catalizadores fabricados a través de la pirólisis por aspersión conducen a reacciones directas en las celdas de combustible.

El Dr. Yoo aclaró:"A través de esta investigación, se ha desarrollado un proceso que puede permitir una mejora considerable en la producción en masa de catalizadores monoatómicos a base de cobalto, y se ha dilucidado el mecanismo operativo de los catalizadores a base de cobalto mediante análisis minuciosos y computación". ciencia. Se espera que estos resultados sirvan como indicadores para futuras investigaciones sobre catalizadores de cobalto". También agregaron:"Planeamos expandir el alcance de la investigación futura para explorar no solo los catalizadores para las celdas de combustible, sino también los catalizadores ambientales, la electrólisis del agua y los campos de baterías". + Explora más

Métodos de síntesis a gran escala para catalizadores de un solo átomo para pilas de combustible alcalinas