Desenvolvimento de alta

Jul 31, 2023

13 de maio de 2022

pelo Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia

Os veículos elétricos a célula de combustível (FCEVs) são um meio de transporte ecológico que substituirá as locomotivas de combustão interna. Os FCEVs oferecem diversas vantagens, como curto tempo de carregamento e longa quilometragem. No entanto, o custo excessivo da platina utilizada como catalisador de células de combustível leva a um fornecimento limitado de FCEVs. Tem havido extensas pesquisas 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.

Sung Jong Yoo do Centro de Pesquisa de Células de Combustível de Hidrogênio do Instituto Coreano de Ciência e Tecnologia (KIST) conduziu pesquisas conjuntas com o professor Jinsoo Kim da Universidade Kyung Hee e o professor Hyung-Kyu Lim da Universidade Nacional Kangwon; eles anunciaram que desenvolveram um único catalisador atômico à base de cobalto com desempenho e estabilidade aproximadamente 40% melhorados em comparação com os catalisadores contemporâneos de nanopartículas de cobalto. Sua pesquisa está publicada em Catálise Aplicada B: Ambiental.

Os catalisadores convencionais são normalmente sintetizados por pirólise, em que os precursores de metais de transição e o carbono são misturados a 700–1000 ℃. Porém, devido à agregação metálica e à baixa área superficial específica, os catalisadores obtidos através deste processo apresentaram atividade limitada. Conseqüentemente, os pesquisadores se concentraram na síntese de catalisadores atômicos únicos; no entanto, os catalisadores atômicos únicos relatados anteriormente só podem ser produzidos em pequenas quantidades porque as substâncias químicas e os métodos de síntese utilizados variam dependendo do tipo de catalisador sintetizado . Portanto, a pesquisa tem se concentrado na melhoria do desempenho do catalisador e não no processo de fabricação.

Para resolver este problema, o método de pirólise por spray foi implementado utilizando 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 produzido em partículas. Os materiais utilizados para a síntese das partículas metálicas devem ser solúveis em água, pois as partículas são produzidas através de um umidificador industrial.

Foi confirmado que os catalisadores monoatômicos à base de cobalto desenvolvidos através deste processo apresentam excelente estabilidade, bem como desempenho de célula de combustível e são 40% superiores em comparação aos catalisadores de cobalto convencionais. Os catalisadores à base de cobalto também causam reações colaterais nas 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.

Yoo esclareceu: "Através desta pesquisa, foi desenvolvido um processo que pode permitir melhorias consideráveis ​​na produção em massa de catalisadores atômicos únicos à base de cobalto, e o mecanismo operacional dos catalisadores à base de cobalto foi elucidado por meio de análises minuciosas e cálculos computacionais. ciência. 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 de água e campos de baterias”.

Mais Informações: Kyungmin Im et al, Design de Co-NC como eletrocatalisador eficiente: A estrutura única e sítio ativo para durabilidade notável de células a combustível de membrana de troca de prótons, Catálise Aplicada B: Ambiental (2022). DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121220

Fornecido pelo Conselho Nacional de Pesquisa de Ciência e Tecnologia