Um estudo recente afiliado ao UNIST introduziu um novo catalisador que pode melhorar significativamente o desempenho dos eletrodos de perovskita em células a combustível de óxido sólido (SOFC).

Esta descoberta foi liderada pela Professora Gunatae Kim na Escola de Energia e Engenharia Química da UNIST em colaboração com a Professora Jeeyoung Shin da Sukmyeong Women's University, Jeong Woo Hn da Universidade de Seul, e Professor Hu Young Jeong da UCRF na UNIST. O novo catalisador forma uma liga na qual o material interno da célula de combustível sobe para a superfície durante a operação da célula de combustível. Por causa disso, não quebra mesmo se você usar o hidrocarboneto diretamente, e mantém o desempenho.

Este estudo foi o primeiro a relatar um fenômeno no qual materiais catalíticos fabricam ligas para melhorar a eficiência da reação. Os resultados foram publicados na edição de setembro de 2018 da Journal of Materials Chemistry A , e foi selecionado como um dos 2018 Journal of Materials Chemistry A Artigos Quentes.

As células de combustível de óxido sólido (SOFCs) têm o potencial de se tornar o próximo grande avanço como um dispositivo alternativo de conversão de energia. Um grande apelo das SOFCs é que elas prometem um uso mais eficiente de abundantes, gás natural barato, criando menos emissões gerais de dióxido de carbono do que as turbinas de combustão tradicionais. Eles usam a simples reação de combinar hidrogênio e oxigênio para produzir eletricidade e água como subproduto.

Um dos maiores desafios para o desenvolvimento de células de combustível de hidrogênio acessíveis tem sido o armazenamento. Isso ocorre porque o hidrogênio é explosivo e requer contêineres caros para mantê-lo com segurança. Como resultado, tem havido um grande aumento no desenvolvimento de SOFCs usando hidrocarbonetos, como gás de xisto, gás natural, metano, gás propano e butano.

Contudo, se os catalisadores usados ​​em SOFCs convencionais usam combustíveis à base de hidrocarbonetos, seu desempenho cai drasticamente. Isso ocorre porque a superfície do catalisador está contaminada com carbono ou enxofre contido no combustível à base de hidrocarboneto, deteriorando assim o desempenho. Para endereçar isto, processos adicionais eram necessários para adicionar materiais de aumento de catalisador.

A equipe de pesquisa resolveu o problema com um novo catalisador projetado com uma estrutura de perovskita em camadas. No centro desta pesquisa está a construção de uma estrutura de perovskita de duas camadas (cobalto, níquel) que auxilia nas reações químicas necessárias para a produção elétrica, e quando a célula de combustível opera, ele se forma por si mesmo.

"Cobalto e níquel são conhecidos por serem materiais catalíticos eficazes para a operação de SOFCs, "diz Ohhun Kwon no M.S./Ph.D. Combinado de Engenharia Química e de Energia da UNIST, o primeiro autor deste estudo. "Anteriormente, esses materiais foram adicionados para fazer os eletrodos, enquanto os novos catalisadores permaneceram em funcionamento à medida que formavam uma liga de cobalto-níquel.

Os catalisadores desenvolvidos pelos pesquisadores usam gás metano diretamente como combustível e operam de forma estável sem queda de corrente por mais de 500 horas. Adicionalmente, a eficiência da reação do catalisador é quatro vezes maior do que a do catalisador relatado anteriormente.

"O material ânodo SOFC existente (catalisador) não foi capaz de operar de forma confiável por um longo tempo, embora tenha mostrado alto desempenho inicialmente ao usar combustível de hidrocarboneto diretamente, "diz o professor Kim, que liderou o estudo. O catalisador de liga metálica recém-desenvolvido tem excelente desempenho catalítico, o que muito contribuirá para a popularização das células a combustível.