Alkalische brandstofcellen (AFC) zetten de chemische energie van waterstof en zuurstof om in elektrische energie, terwijl ze alleen water als bijproduct produceren. Dit maakt ze tot een uiterst aantrekkelijke, milieuvriendelijke energiebron van de volgende generatie. Hoewel platinakatalysatoren over het algemeen worden gebruikt in alkalische brandstofcellen, zijn ze duur en ondervinden ze ook uitdagingen in verband met stabiliteit wanneer ze in alkalische brandstofcellen worden gebruikt. Als gevolg hiervan worden single-atom katalysatoren (SAC's), zoals gevormd op koolstofdragers, veelbelovende kandidaten als alternatieve katalysatoren van de volgende generatie. De commercialisering van deze katalysatoren met één atoom is echter moeilijk vanwege de complexe synthesemethoden die gewoonlijk worden gebruikt bij de vervaardiging ervan. Deze complexe processen zijn nodig om de binding van metaalatomen te voorkomen, die gepaard gaan met de achteruitgang van de prestaties van de katalysator.

In werk uitgevoerd door het onderzoeksteam onder leiding van dokter Nam Dong Kim van het Functional Composite Materials Research centre van het Korea Institute of Science and Technology (KIST, president Seok-Jin Yoon), en dokter Sung Jong Yoo van het Hydrogen-Fuel Cell Research centrum werden elektrische bogen gebruikt om hoogwaardige, op kobalt gebaseerde katalysatoren met één atoom te produceren. Hier resulteerde het nieuwe gebruik van elektrische bogen, die voornamelijk worden gebruikt bij elektrisch lassen, in de ontwikkeling van een originele technologie die goedkope en hoogwaardige, op kobalt gebaseerde katalysatoren met één atoom op commerciële schaal kan produceren (10 g/ h).

De ontwikkelde katalysatoren bleken meer dan twee keer de zuurstofreductiecapaciteit te hebben en meer dan 10 keer de duurzaamheid van traditionele platinakatalysatoren. Deze op kobalt gebaseerde katalysatoren met één atoom presteerden ook aanzienlijk beter dan bestaande op kobalt gebaseerde katalysatoren wanneer ze werden toegepast op echte brandstofcellen.

Deze studie concentreerde zich op de ontbinding van elementen in hun atomaire toestand door gebruik te maken van elektrische bogen, gevolgd door hun daaropvolgende recombinatie van de hoge energietoestand binnen de elektrische boog. Na het mengen van de geselecteerde metaal- en koolstofmaterialen, werden de metalen ontleed in atomen met behulp van een elektrische boog. Tijdens de recombinatie vulden deze metaalatomen de ruimtes in het zeer kristallijne nanokoolstofrooster, wat impliceert dat de katalysator zonder aggregatie kon worden gesynthetiseerd. De resultaten gaven ook aan dat deze katalysatorsynthesemethode met één atoom toepasbaar was op verschillende overgangsmetalen, waaronder platina, kobalt, mangaan, nikkel en ijzer.

Dr. Nam Dong Kim van KIST legde het belang van het onderzoek uit door te zeggen:"Het belangrijkste kenmerk van dit onderzoek was hoe we goedkopere katalysatoren konden gebruiken als alternatief voor dure platinakatalysatoren door de functie en duurzaamheid van de alkalische brandstofcel te verbeteren. katalysatoren van de volgende generatie." Hij voegde eraan toe:"We verwachten dat de toepassing van deze katalysatoren verder zal reiken dan de ontwerp- en fabricageprocessen van alkalische brandstofcellen van de volgende generatie, tot verschillende andere elektrochemische conversiesystemen, die een grote bijdrage zullen leveren aan de totstandbrenging van koolstofneutraliteit en de waterstofeconomie. " + Verder verkennen

Krachtige katalysatoren met één atoom voor brandstofcellen op hoge temperatuur