Os veículos elétricos a célula de combustível (FCEVs) são um meio de transporte ecologicamente correto que substituirá as locomotivas de combustão interna. Os FCEVs oferecem várias vantagens, como tempo de carregamento curto e longa quilometragem. No entanto, o custo excessivo da platina usada como catalisador de células de combustível leva a uma oferta limitada de FCEVs. Tem havido uma extensa pesquisa sobre catalisadores de metais não preciosos, como ferro e cobalto, para substituir a platina; no entanto, ainda é um desafio encontrar substitutos para a platina devido ao baixo desempenho e baixa estabilidade dos catalisadores de metais não preciosos.
Uma equipe de pesquisa liderada pelo Dr. Sung Jong Yoo do Centro de Pesquisa de Células de Combustível de Hidrogênio do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia (KIST) realizou pesquisas conjuntas com o professor Jinsoo Kim da Kyung Hee University e o professor Hyung-Kyu Lim da Kangwon National University; eles anunciaram que desenvolveram um único catalisador atômico à base de cobalto com desempenho e estabilidade aproximadamente 40% aprimorados em comparação com os catalisadores de nanopartículas de cobalto contemporâneos. Sua pesquisa está publicada em Applied Catalysis B:Environmental .

Catalisadores convencionais são tipicamente sintetizados via pirólise, em que precursores de metais de transição e carbono são misturados a 700-1000℃. No entanto, devido à agregação do metal e à baixa área superficial específica, os catalisadores obtidos por este processo tiveram atividade limitada. Assim, os pesquisadores se concentraram na síntese de catalisadores de um único atômico; no entanto, catalisadores monoatômicos relatados anteriormente só podem ser produzidos em pequenas quantidades porque as substâncias químicas e os métodos de síntese usados ​​variam dependendo do tipo de catalisador sintetizado. Portanto, a pesquisa se concentrou na melhoria do desempenho do catalisador em vez do processo de fabricação.

Para resolver este problema, o método de pirólise spray foi implementado usando um umidificador industrial. Partículas em forma de gotículas foram obtidas por tratamento térmico rápido das gotículas obtidas de um umidificador. Isso pode permitir a produção em massa por meio de um processo contínuo, e qualquer metal pode ser facilmente transformado em partículas. Os materiais utilizados para a síntese das partículas metálicas devem ser solúveis em água, pois as partículas são feitas através de um umidificador industrial.

Foi confirmado que os catalisadores monoatômicos à base de cobalto desenvolvidos através deste processo exibem excelente estabilidade, bem como desempenho de célula de combustível e são 40% superiores em comparação aos catalisadores de cobalto convencionais. Catalisadores à base de cobalto também causam reações colaterais em células de combustível; no entanto, a ciência computacional mostrou que os catalisadores fabricados por meio de pirólise por spray levam a reações diretas nas células de combustível.

Dr. Yoo esclareceu:"Através desta pesquisa, um processo que pode permitir uma melhoria considerável na produção em massa de catalisadores monoatômicos à base de cobalto foi desenvolvido, e o mecanismo de operação de catalisadores à base de cobalto foi elucidado por meio de análises detalhadas e cálculos computacionais Espera-se que esses resultados sirvam como indicadores para pesquisas futuras sobre catalisadores de cobalto." Eles também acrescentaram:"Planejamos expandir o escopo de pesquisas futuras para explorar não apenas catalisadores para células de combustível, mas também catalisadores ambientais, eletrólise da água e campos de bateria". + Explorar mais

Métodos de síntese em larga escala para catalisadores de átomo único para células de combustível alcalinas