Een recent onderzoek, gelieerd aan UNIST, heeft een nieuwe katalysator geïntroduceerd die de prestaties van perovskietelektroden in Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) aanzienlijk kan verbeteren.

Deze doorbraak werd geleid door professor Gunatae Kim in de School of Energy and Chemical Engineering van UNIST in samenwerking met professor Jeeyoung Shin van Sukmyeong Women's University, Jeong Woo Hn van de Universiteit van Seoul, en professor Hu Young Jeong van UCRF bij UNIST. De nieuwe katalysator vormt een legering waarin het interne materiaal van de brandstofcel tijdens de werking van de brandstofcel naar de oppervlakte stijgt. Daarom, het breekt niet, zelfs niet als u de koolwaterstof direct gebruikt, en houdt de prestatie vast.

Deze studie was de eerste die een fenomeen rapporteerde waarbij katalytische materialen zelf legeringen maken om de reactie-efficiëntie te verbeteren. De bevindingen zijn gepubliceerd in het septembernummer van 2018 van de Journal of Materials Chemistry A , en is geselecteerd als een van de 2018 Journal of Materials Chemistry A Warme papieren.

Vaste-oxidebrandstofcellen (SOFC's) hebben het potentieel om de volgende grote doorbraak te worden als een apparaat voor het omzetten van alternatieve energie. Een grote aantrekkingskracht van SOFC's is dat ze een efficiënter gebruik van overvloedige, goedkoop aardgas, het creëren van minder totale uitstoot van kooldioxide dan traditionele verbrandingsturbines. Ze gebruiken de eenvoudige reactie van het combineren van waterstof en zuurstof om elektriciteit en water als bijproduct te produceren.

Een van de grootste uitdagingen voor de ontwikkeling van betaalbare waterstofbrandstofcellen is de opslag. Dit komt omdat waterstof explosief is en er dure containers voor nodig zijn om het veilig vast te houden. Als resultaat, er is een grote toename geweest in de ontwikkeling van SOFC's die gebruik maken van koolwaterstoffen zoals schaliegas, natuurlijk gas, methaan, propaan en butaangas.

Echter, als de katalysatoren die in conventionele SOFC's worden gebruikt, brandstoffen op basis van koolwaterstoffen gebruiken, hun prestaties nemen drastisch af. Dit komt omdat het oppervlak van de katalysator is verontreinigd met koolstof of zwavel in de op koolwaterstof gebaseerde brandstof, waardoor de prestaties verslechteren. Dit behandelen, er waren aanvullende processen nodig om katalysatorversterkende materialen toe te voegen.

Het onderzoeksteam heeft het probleem opgelost met een nieuwe katalysator die is ontworpen met een gelaagde perovskietstructuur. De kern van dit onderzoek is het bouwen van een dubbellaagse perovskietstructuur (kobalt, nikkel) dat helpt bij de chemische reacties die nodig zijn voor elektrische productie, en wanneer de brandstofcel werkt, het vormt zich vanzelf.

"Kobalt en nikkel staan ​​bekend als effectieve katalytische materialen voor de werking van SOFC's, " zegt Ohhun Kwon in de gecombineerde MS/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering aan UNIST, de eerste auteur van deze studie. "Eerder, deze materialen werden toegevoegd om de elektroden te maken, terwijl de nieuwe katalysatoren hun prestaties bleven behouden omdat ze een kobalt-nikkellegering vormden.

De door de onderzoekers ontwikkelde katalysatoren gebruiken methaangas direct als brandstof en werken stabiel zonder stroomverlies gedurende meer dan 500 uur. Aanvullend, de reactie-efficiëntie van de katalysator is vier keer hoger dan die van de eerder gerapporteerde katalysator.

"Het bestaande SOFC-anodemateriaal (katalysator) kon lange tijd niet betrouwbaar werken, hoewel het aanvankelijk hoge prestaties vertoonde bij direct gebruik van koolwaterstofbrandstof, ", zegt professor Kim die de studie leidde. De nieuw ontwikkelde katalysator van een metaallegering heeft uitstekende katalytische prestaties, die in hoge mate zullen bijdragen aan de popularisering van brandstofcellen.