Las pilas de combustible alcalino (AFC) convierten la energía química del hidrógeno y el oxígeno en energía eléctrica, mientras que solo producen agua como subproducto. Esto los convierte en una fuente de energía de última generación extremadamente atractiva y respetuosa con el medio ambiente. Aunque los catalizadores de platino generalmente se emplean en celdas de combustible alcalinas, son costosos y también experimentan desafíos relacionados con la estabilidad cuando se usan en celdas de combustible alcalinas. Como resultado, los catalizadores de un solo átomo (SAC), tal como se forman sobre soportes de carbono, se están convirtiendo en candidatos prometedores como catalizadores alternativos de próxima generación. Sin embargo, la comercialización de estos catalizadores de un solo átomo es difícil debido a los complejos métodos de síntesis empleados convencionalmente en su fabricación. Estos procesos complejos son necesarios para evitar la unión de átomos metálicos, que están asociados con la degradación del rendimiento del catalizador.

En un trabajo realizado por el equipo de investigación dirigido por el Doctor Nam Dong Kim del Centro de Investigación de Materiales Compuestos Funcionales del Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST, Presidente Seok-Jin Yoon), y el Doctor Sung Jong Yoo de la Investigación de Pilas de Combustible de Hidrógeno En el centro, se utilizaron arcos eléctricos para producir catalizadores de un solo átomo a base de cobalto de alto rendimiento. Aquí, el uso novedoso de arcos eléctricos, que se utilizan principalmente en soldadura eléctrica, resultó en el desarrollo de una tecnología original que puede producir catalizadores de un solo átomo basados ​​en cobalto, baratos y de alto rendimiento a escala comercial (10 g/ h).

Se demostró que los catalizadores desarrollados tienen más del doble de capacidad de reducción de oxígeno y más de 10 veces la durabilidad de los catalizadores de platino tradicionales. Estos catalizadores de un solo átomo a base de cobalto también funcionaron significativamente mejor que los catalizadores a base de cobalto existentes cuando se aplicaron a celdas de combustible reales.

Este estudio se centró en la descomposición de los elementos en su estado atómico mediante el empleo de arcos eléctricos, a lo que siguió su posterior recombinación en estado de alta energía dentro del arco eléctrico. Después de mezclar el metal seleccionado y los materiales de carbono, los metales se descompusieron en átomos mediante el uso de un arco eléctrico. Durante la recombinación, estos átomos metálicos llenaron los espacios en la red de nanocarbono altamente cristalina, lo que implica que el catalizador podría sintetizarse sin agregación. Los resultados también indicaron que este método de síntesis de catalizador de un solo átomo era aplicable a varios metales de transición, incluidos platino, cobalto, manganeso, níquel y hierro.

El Dr. Nam Dong Kim de KIST explicó la importancia del estudio diciendo:"La característica clave de este estudio fue cómo pudimos utilizar catalizadores más baratos como alternativa a los costosos catalizadores de platino al mejorar la función y la durabilidad de la celda de combustible alcalina. catalizadores de la próxima generación". Agregó:"Esperamos que la aplicación de estos catalizadores se extienda más allá del diseño y los procesos de fabricación de celdas de combustible alcalinas de la próxima generación, a varios otros sistemas de conversión electroquímica, lo que contribuirá en gran medida al establecimiento de la neutralidad del carbono y la economía del hidrógeno. " + Explora más

Catalizadores de un solo átomo de alto rendimiento para pilas de combustible de alta temperatura