As células de combustível alcalinas (AFC) convertem a energia química do hidrogênio e do oxigênio em energia elétrica, produzindo apenas água como subproduto. Isso os torna uma fonte de energia de próxima geração extremamente atraente e ecologicamente correta. Embora os catalisadores de platina sejam geralmente empregados em células a combustível alcalinas, eles são caros e também enfrentam desafios relacionados à estabilidade quando usados ​​em células a combustível alcalinas. Como resultado, os catalisadores de átomo único (SACs), formados em suportes de carbono, estão se tornando candidatos promissores como catalisadores alternativos de próxima geração. No entanto, a comercialização desses catalisadores de átomo único é difícil devido aos complexos métodos de síntese convencionalmente empregados em sua fabricação. Esses processos complexos são necessários para evitar a ligação de átomos metálicos, que estão associados à degradação do desempenho do catalisador.
No trabalho realizado pela equipe de pesquisa liderada pelo Doutor Nam Dong Kim, do Centro de Pesquisa de Materiais Compósitos Funcionais do Instituto de Ciência e Tecnologia da Coréia (KIST, Presidente Seok-Jin Yoon), e pelo Doutor Sung Jong Yoo da Pesquisa de Células de Hidrogênio-Combustível No centro, arcos elétricos foram usados ​​para produzir catalisadores de átomo único à base de cobalto de alto desempenho. Aqui, o novo uso de arcos elétricos, que são usados ​​principalmente em soldagem elétrica, resultou no desenvolvimento de uma tecnologia original que pode produzir catalisadores de átomo único à base de cobalto baratos e de alto desempenho em escala comercial (10 g/ h).

Os catalisadores desenvolvidos demonstraram ter mais que o dobro da capacidade de redução de oxigênio e mais de 10 vezes a durabilidade dos catalisadores de platina tradicionais. Esses catalisadores de átomo único à base de cobalto também tiveram um desempenho significativamente melhor do que os catalisadores à base de cobalto existentes quando aplicados a células de combustível reais.

Este estudo se concentrou na decomposição de elementos em seu estado atômico empregando arcos elétricos, que foi seguido por sua subsequente recombinação de estado de alta energia dentro do arco elétrico. Depois de misturar o metal selecionado e os materiais de carbono, os metais foram decompostos em átomos usando um arco elétrico. Durante a recombinação, esses átomos de metal preencheram os espaços na rede altamente cristalina de nanocarbono, o que implica que o catalisador pode ser sintetizado sem agregação. Os resultados também indicaram que este método de síntese de catalisador de átomo único era aplicável a vários metais de transição, incluindo platina, cobalto, manganês, níquel e ferro.

Dr. Nam Dong Kim, do KIST, explicou a importância do estudo dizendo:"A principal característica deste estudo foi como fomos capazes de utilizar catalisadores mais baratos como uma alternativa aos caros catalisadores de platina, melhorando a função e a durabilidade da célula de combustível alcalina catalisadores da próxima geração." Ele acrescentou:“Esperamos que a aplicação desses catalisadores se estenda além dos processos de projeto e fabricação de células de combustível alcalinas da próxima geração, para vários outros sistemas de conversão eletroquímica, que contribuirão muito para o estabelecimento da neutralidade de carbono e economia de hidrogênio. " + Explorar mais

Catalisadores de átomo único de alto desempenho para células de combustível de alta temperatura