29.09.2020 - National Research Council of Science & Technology (NST)

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

Los catalizadores son estables a 700 grados centígrados y se espera que estimulen la comercialización de pilas de combustible reversibles de próxima generación

A diferencia de las baterías secundarias que necesitan recargarse, las pilas de combustible son un tipo de sistemas de generación de energía ecológica que producen electricidad directamente a partir de reacciones electroquímicas utilizando hidrógeno como combustible y oxígeno como oxidante. Hay varios tipos de pilas de combustible, que difieren en las temperaturas de funcionamiento y en los materiales electrolíticos. Entre ellos, la pila de combustible de óxido sólido (SOFC), que utiliza un electrolito cerámico, está recibiendo cada vez más atención. Debido a que opera a altas temperaturas de hasta 700 grados centígrados, ofrece la mayor eficiencia entre las diversas pilas de combustible, y también puede utilizarse para producir hidrógeno por descomposición de vapor. Para la comercialización de esta tecnología, es necesario mejorar aún más el rendimiento de las células, y se espera con gran interés la aparición de nuevos materiales catalizadores de alta temperatura.

Los catalizadores basados en el platino (Pt) demuestran un rendimiento tan excelente en las reacciones de electrodos de las pilas de combustible. En particular, los catalizadores de Pt de un solo átomo son investigados activamente debido a su funcionalidad única. Sin embargo, a altas temperaturas, los átomos de Pt no son estables y se aglomeran fácilmente. Por lo tanto, los catalizadores de Pt de un solo átomo se han utilizado únicamente en pilas de combustible de baja temperatura, como las pilas de combustible de membrana de polímero electrolítico, que se utilizan para vehículos eléctricos de hidrógeno.

En estas circunstancias, un equipo de investigación ha desarrollado un catalizador que requiere sólo una pequeña cantidad de platino para mejorar significativamente el rendimiento y puede funcionar de manera estable a altas temperaturas. El Instituto de Ciencia y Tecnología de Corea (KIST) anunció que el Dr. Kyung-Joong Yoon y el investigador Ji-Su Shin del Centro de Investigación de Materiales Energéticos, junto con el profesor Yun -Jung Lee de la Universidad de Hanyang (Universidad de Hanyang, Presidente Woo-Seung Kim), desarrollaron un catalizador de Pt de un solo átomo que puede ser utilizado para las SOFC.

En su investigación, los átomos enteros de platino están distribuidos uniformemente y funcionan individualmente sin aglomeración incluso a altas temperaturas. Se ha demostrado experimentalmente que aumenta la velocidad de reacción de los electrodos más de 10 veces. También puede funcionar durante más de 500 horas incluso a altas temperaturas de hasta 700 grados centígrados y mejora el rendimiento de la generación de energía eléctrica y la producción de hidrógeno en 3-4 veces. Se espera que acelere la comercialización de las pilas de combustible de óxido sólido (SOFC), la próxima generación de pilas de combustible ecológicas.

El catalizador de un solo átomo desarrollado conjuntamente por el equipo de investigación de la Universidad KIST-Hanyang se fabrica combinando átomos de platino y nanopartículas de óxido de cerio (Ce). Cada átomo de platino se dispersa individualmente en la superficie de las nanopartículas de óxido de cerio, y el fuerte enlace mantiene el estado de dispersión de los átomos durante un largo período de tiempo, incluso a altas temperaturas, lo que permite que todos los átomos de platino participen en la reacción. Esto a su vez permite mejorar sustancialmente la velocidad de la reacción de los electrodos y al mismo tiempo reducir al mínimo la cantidad de platino utilizada.

Para la fabricación, se inyecta una solución que contiene iones de platino y cerio en el electrodo de la SOFC, y los catalizadores se sintetizan mientras la pila de combustible funciona a alta temperatura. Debido a que la inyección en el electrodo puede realizarse fácilmente sin ningún equipo especial, se esperaba que el catalizador recientemente desarrollado pudiera aplicarse fácilmente a los procesos de fabricación de celdas de combustible existentes.

El Dr. Kyung-Joong Yoon, del KIST, declaró: "El catalizador desarrollado en este estudio puede aplicarse a una amplia variedad de pilas de combustible de óxido sólido y dispositivos electroquímicos de alta temperatura mediante un proceso fácil y sencillo de bajo costo, por lo que se espera que acelere el desarrollo de la próxima generación de generación de energía ecológica y de dispositivos de almacenamiento de energía". "Basándose en el hecho de que el catalizador de un solo átomo puede funcionar de forma estable incluso a 700 grados centígrados o más, se ampliarán enormemente sus campos de aplicación, incluyendo las reacciones termoquímicas de alta temperatura y las reacciones electroquímicas de alta temperatura".

Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.

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