Sviluppo dell'alto

13 maggio 2022

dal Consiglio Nazionale delle Ricerche di Scienza e Tecnologia

I veicoli elettrici a celle a combustibile (FCEV) sono un mezzo di trasporto ecologico che sostituirà le locomotive a combustione interna. I FCEV offrono numerosi vantaggi come tempi di ricarica brevi e chilometraggio lungo. Tuttavia, il costo eccessivo del platino utilizzato come catalizzatore per le celle a combustibile porta a una fornitura limitata di FCEV. Sono state condotte ricerche approfondite sui catalizzatori di metalli non preziosi come ferro e cobalto per sostituire il platino; tuttavia, è ancora difficile trovare sostituti del platino a causa delle basse prestazioni e della bassa stabilità dei catalizzatori di metalli non preziosi.

Un gruppo di ricerca guidato dal dottor Sung Jong Yoo del Centro di ricerca sulle celle a combustibile a idrogeno presso il Korea Institute of Science and Technology (KIST) ha condotto una ricerca congiunta con il professor Jinsoo Kim della Kyung Hee University e il professor Hyung-Kyu Lim della Kangwon National University; hanno annunciato di aver sviluppato un singolo catalizzatore atomico a base di cobalto con prestazioni e stabilità migliorate di circa il 40% rispetto ai catalizzatori contemporanei di nanoparticelle di cobalto. La loro ricerca è pubblicata in Applied Catalysis B: Environmental.

I catalizzatori convenzionali vengono tipicamente sintetizzati tramite pirolisi, in cui i precursori dei metalli di transizione e il carbonio vengono miscelati a 700–1000 ℃. Tuttavia, a causa dell'aggregazione dei metalli e della bassa area superficiale specifica, i catalizzatori ottenuti attraverso questo processo avevano un'attività limitata. Di conseguenza, i ricercatori si sono concentrati sulla sintesi di catalizzatori monoatomici; tuttavia, i catalizzatori monoatomici precedentemente riportati possono essere prodotti solo in piccole quantità perché le sostanze chimiche e i metodi di sintesi utilizzati variavano a seconda del tipo di catalizzatore sintetizzato. Pertanto, la ricerca si è concentrata sul miglioramento delle prestazioni del catalizzatore piuttosto che sul processo di produzione.

Per risolvere questo problema, è stato implementato il metodo della pirolisi a spruzzo utilizzando un umidificatore industriale. Le particelle a forma di goccia sono state ottenute trattando termicamente rapidamente le goccioline ottenute da un umidificatore. Ciò può consentire la produzione di massa attraverso un processo continuo e qualsiasi metallo può essere facilmente prodotto in particelle. I materiali utilizzati per la sintesi delle particelle metalliche dovrebbero essere solubili in acqua perché le particelle vengono prodotte attraverso un umidificatore industriale.

È stato confermato che i catalizzatori monoatomici a base di cobalto sviluppati attraverso questo processo mostrano eccellente stabilità e prestazioni delle celle a combustibile e sono superiori del 40% rispetto ai tradizionali catalizzatori al cobalto. Anche i catalizzatori a base di cobalto causano reazioni collaterali nelle celle a combustibile; tuttavia, la scienza computazionale ha dimostrato che i catalizzatori prodotti tramite pirolisi a spruzzo portano a reazioni immediate nelle celle a combustibile.

Il Dr. Yoo ha chiarito: "Attraverso questa ricerca, è stato sviluppato un processo che può consentire un notevole miglioramento nella produzione di massa di catalizzatori monoatomici a base di cobalto, e il meccanismo operativo dei catalizzatori a base di cobalto è stato chiarito attraverso analisi approfondite e calcoli computazionali Ci si aspetta che questi risultati servano da indicatori per la ricerca futura sui catalizzatori di cobalto." Hanno inoltre aggiunto: "Abbiamo in programma di espandere la portata della ricerca futura per esplorare non solo i catalizzatori per le celle a combustibile, ma anche i catalizzatori ambientali, l'elettrolisi dell'acqua e i campi delle batterie".

Maggiori informazioni: Kyungmin Im et al, Design of Co-NC come elettrocatalizzatore efficiente: la struttura unica e il sito attivo per una notevole durabilità delle celle a combustibile con membrana a scambio protonico, Applied Catalysis B: Environmental (2022). DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121220

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