Elektrische voertuigen met brandstofcel (FCEV's) zijn een milieuvriendelijk vervoermiddel dat locomotieven met interne verbrandingsmotor zal vervangen. FCEV's bieden verschillende voordelen, zoals een korte oplaadtijd en een lange kilometerstand. De buitensporige kosten van platina dat als brandstofcelkatalysator wordt gebruikt, leiden echter tot een beperkt aanbod van FCEV's. Er is uitgebreid onderzoek gedaan naar niet-edelmetaalkatalysatoren zoals ijzer en kobalt ter vervanging van platina; het is echter nog steeds een uitdaging om vervangers voor platina te vinden vanwege de lage prestaties en lage stabiliteit van niet-edelmetaalkatalysatoren.

Een onderzoeksteam onder leiding van Dr. Sung Jong Yoo van het Hydrogen Fuel Cell Research Center van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) voerde gezamenlijk onderzoek uit met professor Jinsoo Kim van Kyung Hee University en professor Hyung-Kyu Lim van Kangwon National University; ze kondigden aan dat ze een enkele atomaire op kobalt gebaseerde katalysator hebben ontwikkeld met ongeveer 40% verbeterde prestaties en stabiliteit in vergelijking met hedendaagse kobalt-nanodeeltjeskatalysatoren. Hun onderzoek is gepubliceerd in Applied Catalysis B:Environmental .

Conventionele katalysatoren worden typisch gesynthetiseerd via pyrolyse, waarbij overgangsmetaalprecursoren en koolstof worden gemengd bij 700-1000 . Door metaalaggregatie en een laag specifiek oppervlak hadden de via deze werkwijze verkregen katalysatoren echter een beperkte activiteit. Dienovereenkomstig hebben onderzoekers zich gericht op het synthetiseren van enkel-atomaire katalysatoren; eerder gerapporteerde enkel-atomige katalysatoren kunnen echter alleen in kleine hoeveelheden worden geproduceerd, omdat de gebruikte chemische stoffen en synthesemethoden variëren, afhankelijk van het type gesynthetiseerde katalysator. Daarom is het onderzoek gericht op prestatieverbetering van de katalysator in plaats van op het fabricageproces.

Om dit probleem aan te pakken, werd de spray-pyrolysemethode geïmplementeerd met behulp van een industriële luchtbevochtiger. Druppelvormige deeltjes werden verkregen door de druppeltjes verkregen uit een luchtbevochtiger snel met warmte te behandelen. Dit kan massaproductie via een continu proces mogelijk maken en alle metalen kunnen gemakkelijk tot deeltjes worden geproduceerd. De materialen die worden gebruikt voor de synthese van metaaldeeltjes moeten oplosbaar zijn in water omdat de deeltjes worden gemaakt door een industriële luchtbevochtiger.

Er werd bevestigd dat de enkel-atomige katalysatoren op kobaltbasis die via dit proces werden ontwikkeld, uitstekende stabiliteit en brandstofcelprestaties vertonen en 40% superieur zijn in vergelijking met conventionele kobaltkatalysatoren. Op kobalt gebaseerde katalysatoren veroorzaken ook nevenreacties in brandstofcellen; computationele wetenschap heeft echter aangetoond dat katalysatoren die zijn vervaardigd via sproeipyrolyse, leiden tot voorwaartse reacties in brandstofcellen.

Dr. Yoo verduidelijkte:"Door dit onderzoek is een proces ontwikkeld dat een aanzienlijke verbetering in de massaproductie van op kobalt gebaseerde enkel-atomige katalysatoren mogelijk kan maken, en het werkingsmechanisme van op kobalt gebaseerde katalysatoren is opgehelderd via nauwkeurige analyses en computationele Deze resultaten zullen naar verwachting dienen als indicatoren voor toekomstig onderzoek naar kobaltkatalysatoren." Ze voegden er ook aan toe:"We zijn van plan de reikwijdte van toekomstig onderzoek uit te breiden om niet alleen katalysatoren voor brandstofcellen te onderzoeken, maar ook milieukatalysatoren, waterelektrolyse en batterijvelden." + Verder verkennen

Grootschalige synthesemethoden voor katalysatoren met één atoom voor alkalische brandstofcellen