Room-temperatuursynthese produceert holle nanodoomkatalysator, het verlagen van brandstofcelkosten en verlengende levensduur

Waterstofbrandstofcellen, die elektriciteit produceren met een hoog rendement en de uitstoot van broeikasgassen, krijgen aandacht als een schone energietechnologie van de volgende generatie. Hun commercialisering is echter beperkt door prestatiedegradatie tijdens langdurige werking en de hoge kosten van katalysatorvervanging.

Deze kwesties komen voort uit de instabiliteit van conventionele katalysatoren, die lijden aan metaaloplossing en deeltjesagglomeratie in de loop van de tijd, waardoor de reactie -efficiëntie wordt verminderd. Om dit aan te pakken, is de ontwikkeling van duurzame, krachtige katalysatoren die tegen lage kosten kunnen worden geproduceerd een kritisch onderzoeksdoel geworden.

Een gezamenlijk onderzoeksteam onder leiding van Dr. Sung Jong Yoo in het Center for Hydrogen and Fuel Cellen van het Korea Institute of Science and Technology (KIST), won Professor Dong Chun van Postech, professor Yongsoo Yang van KAIST, en professor Haneul Jin van Dongguk University heeft een nieuwe katalysator-technologie ontwikkeld die de synthese van zeer actieve en duurzame katalyst-temperatuur in staat stelt een eenvoudige ultrasistische methode te gebruiken.

Het papier is gepubliceerd in het dagboek Geavanceerde materialen.

De nieuw ontwikkelde katalysator bevat platina en nikkel precies gerangschikt in koepels op nanoschaal met een holle structuur. Dit ontwerp verhoogt het reactieve oppervlak en minimaliseert het katalysatorverlies, wat resulteert in een aanzienlijk verbeterde prestaties.

Traditioneel vereiste het creëren van dergelijke precieze nanostructuren complexe processen bij temperaturen van meer dan 600 ° C. De nieuwe methode daarentegen maakt atomaire herschikking mogelijk met behulp van slechts een eenstaps ultrasone proces bij kamertemperatuur.

De onderzoekers gebruikten een ultrasoon apparaat dat vergelijkbaar is met die welke worden gebruikt bij het reinigen van brilglas om metaalatomen op natuurlijke wijze te begeleiden in geordende structuren, het productieproces aanzienlijk te vereenvoudigen en de productiekosten te verlagen met verbeterde activiteit en duurzaamheid.

In halfceltests die zijn ontworpen om de intrinsieke katalytische activiteit te meten, vertoonde de nieuwe katalysator ongeveer zeven keer hogere massa-activiteit in vergelijking met commerciële katalysatoren. Zelfs in volledige tests onder praktische brandstofcelomstandigheden behield het een opmerkelijk lood met ongeveer vijf keer hogere massa-activiteit.

In duurzaamheidsevaluaties uitgevoerd volgens het Amerikaanse Department of Energy (DOE) -protocollen, bleef de katalysator meer dan 42.000 uur stabiel – meer dan 4,2 keer de levensduur van momenteel beschikbare commerciële katalysatoren. Deze doorbraak zal naar verwachting de vervangingsintervallen en onderhoudskosten verlagen in grootschalige brandstofcelsystemen die worden gebruikt in vrachtwagens, bussen, schepen en energiecentrales.

Katalysatoren zijn goed voor meer dan 30% van de totale productiekosten van brandstofcelsystemen. Door de levensduur van de katalysator te verlengen en de prestaties te stimuleren, verbetert de nieuwe technologie de economische levensvatbaarheid van waterstofbrandstofcellen aanzienlijk.

Het team onderzoekt momenteel verschillende overgangsmetaalcombinaties om de technologie verder uit te breiden, terwijl het ook evaluaties op brandstofcelstackniveau en demonstratiestudies voor autotoepassingen uitvoert.

Dr. Yoo van Kist verklaarde: “Onze Catalyst heeft een unieke koepelvormige nanostructuur met nauwkeurig gerangschikte atomen, wat resulteert in substantiële verbeteringen in zowel activiteit als duurzaamheid. Omdat het proces bij kamertemperatuur werkt, geloven we dat deze technologie een zinvolle rol kan spelen bij het bevorderen van de commercialisering van de brandstofcellen van de waterstof en het bereiken van koolstofcijfers.”