Desarrollo de alta

13 de mayo de 2022

por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología

Los vehículos eléctricos de pila de combustible (FCEV) son un medio de transporte ecológico que sustituirá a las locomotoras de combustión interna. Los FCEV ofrecen varias ventajas, como un tiempo de carga corto y un largo kilometraje. Sin embargo, el coste excesivo del platino utilizado como catalizador de pilas de combustible conduce a una oferta limitada de FCEV. Se han realizado extensas investigaciones sobre catalizadores de metales no preciosos como el hierro y el cobalto para reemplazar el platino; sin embargo, todavía resulta difícil encontrar sustitutos del platino debido al bajo rendimiento y la baja estabilidad de los catalizadores de metales no preciosos.

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Sung Jong Yoo del Centro de Investigación de Pilas de Combustible de Hidrógeno del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) llevó a cabo una investigación conjunta con el profesor Jinsoo Kim de la Universidad Kyung Hee y el profesor Hyung-Kyu Lim de la Universidad Nacional de Kangwon; Anunciaron que han desarrollado un catalizador monoatómico a base de cobalto con aproximadamente un 40% de rendimiento y estabilidad mejorados en comparación con los catalizadores de nanopartículas de cobalto contemporáneos. Su investigación se publica en Applied Catalysis B: Environmental.

Los catalizadores convencionales normalmente se sintetizan mediante pirólisis, en la que los precursores de metales de transición y el carbono se mezclan a entre 700 y 1000 ℃. Sin embargo, debido a la agregación de metales y a una baja superficie específica, los catalizadores obtenidos mediante este proceso tenían una actividad limitada. En consecuencia, los investigadores se han centrado en sintetizar catalizadores uniatómicos; sin embargo, los catalizadores monoatómicos informados anteriormente solo se pueden producir en pequeñas cantidades porque las sustancias químicas y los métodos de síntesis utilizados variaban según el tipo de catalizador sintetizado. Por lo tanto, la investigación se ha centrado en la mejora del rendimiento del catalizador más que en el proceso de fabricación.

Para abordar este problema, se implementó el método de pirólisis por aspersión utilizando un humidificador industrial. Se obtuvieron partículas en forma de gotitas tratando térmicamente rápidamente las gotitas obtenidas de un humidificador. Esto puede permitir la producción en masa a través de un proceso continuo, y cualquier metal puede convertirse fácilmente en partículas. Los materiales utilizados para la síntesis de partículas metálicas deben ser solubles en agua porque las partículas se elaboran a través de un humidificador industrial.

Se confirmó que los catalizadores monoatómicos a base de cobalto desarrollados mediante este proceso exhiben una excelente estabilidad y rendimiento de las pilas de combustible y son un 40 % superiores en comparación con los catalizadores de cobalto convencionales. Los catalizadores a base de cobalto también provocan reacciones secundarias en las pilas de combustible; sin embargo, la ciencia computacional ha demostrado que los catalizadores fabricados mediante pirólisis por pulverización conducen a reacciones directas en las pilas de combustible.

El Dr. Yoo aclaró: "A través de esta investigación, se ha desarrollado un proceso que puede permitir una mejora considerable en la producción en masa de catalizadores monoatómicos a base de cobalto, y se ha dilucidado el mecanismo operativo de los catalizadores a base de cobalto mediante análisis minuciosos y métodos computacionales. "Se espera que estos resultados sirvan como indicadores para futuras investigaciones sobre catalizadores de cobalto". También agregaron: "Planeamos ampliar el alcance de investigaciones futuras para explorar no sólo catalizadores para pilas de combustible, sino también catalizadores ambientales, electrólisis de agua y campos de baterías".

Más información: Kyungmin Im et al, Diseño de Co-NC como electrocatalizador eficiente: la estructura única y el sitio activo para una durabilidad notable de las celdas de combustible de membrana de intercambio de protones, Catálisis Aplicada B: Ambiental (2022). DOI: 10.1016/j.apcatb.2022.121220

Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología