Une étude récente affiliée à UNIST a introduit un nouveau catalyseur qui peut améliorer considérablement les performances des électrodes de pérovskite dans les piles à combustible à oxyde solide (SOFC).

Cette percée a été dirigée par le professeur Gunatae Kim de l'École d'ingénierie énergétique et chimique de l'UNIST en collaboration avec le professeur Jeeyoung Shin de l'Université des femmes de Sukmyeong, Jeong Woo Hn de l'Université de Séoul, et le professeur Hu Young Jeong de l'UCRF à l'UNIST. Le nouveau catalyseur forme un alliage dans lequel le matériau interne de la pile à combustible remonte à la surface pendant le fonctionnement de la pile à combustible. À cause de ce, il ne cassera pas même si vous utilisez l'hydrocarbure directement, et maintient les performances.

Cette étude a été la première à rapporter un phénomène dans lequel les matériaux catalytiques fabriquent eux-mêmes des alliages pour améliorer l'efficacité de la réaction. Les résultats sont publiés dans le numéro de septembre 2018 du Journal de la chimie des matériaux A , et a été sélectionné comme l'un des 2018 Journal de la chimie des matériaux A Papiers chauds.

Les piles à combustible à oxyde solide (SOFC) ont le potentiel de devenir la prochaine avancée majeure en tant que dispositif de conversion d'énergie alternative. Un grand attrait des SOFC est qu'elles promettent une utilisation plus efficace des ressources abondantes, gaz naturel pas cher, créant moins d'émissions globales de dioxyde de carbone que les turbines à combustion traditionnelles. Ils utilisent la simple réaction de combiner l'hydrogène et l'oxygène pour produire de l'électricité et de l'eau comme sous-produit.

L'un des défis majeurs du développement de piles à combustible à hydrogène abordables a été le stockage. En effet, l'hydrogène est explosif et nécessite des conteneurs coûteux pour le contenir en toute sécurité. Par conséquent, il y a eu une forte augmentation du développement des SOFC utilisant des hydrocarbures comme le gaz de schiste, gaz naturel, méthane, gaz propane et butane.

Cependant, si les catalyseurs utilisés dans les SOFC classiques utilisent des carburants à base d'hydrocarbures, leurs performances chutent drastiquement. En effet, la surface du catalyseur est contaminée par le carbone ou le soufre contenu dans le carburant à base d'hydrocarbures, détériorant ainsi les performances. Pour remédier à ce, des procédés supplémentaires étaient nécessaires pour ajouter des matériaux améliorant le catalyseur.

L'équipe de recherche a résolu le problème avec un nouveau catalyseur conçu avec une structure de pérovskite en couches. Au cœur de cette recherche se trouve la construction d'une structure pérovskite bicouche (cobalt, nickel) qui aide les réactions chimiques nécessaires à la production électrique, et lorsque la pile à combustible fonctionne, il se forme tout seul.

« Le cobalt et le nickel sont connus pour être des matériaux catalytiques efficaces pour le fonctionnement des SOFC, " déclare Ohhun Kwon dans le programme combiné MS/Ph.D. of Energy and Chemical Engineering à UNIST, le premier auteur de cette étude. "Précédemment, ces matériaux ont été ajoutés pour fabriquer les électrodes, tandis que les nouveaux catalyseurs sont restés performants car ils ont formé un alliage cobalt-nickel.

Les catalyseurs développés par les chercheurs utilisent du méthane directement comme carburant et fonctionnent de manière stable sans chute de courant pendant plus de 500 heures. En outre, l'efficacité de la réaction du catalyseur est quatre fois supérieure à celle du catalyseur précédemment rapporté.

"Le matériau d'anode SOFC existant (catalyseur) n'a pas pu fonctionner de manière fiable pendant longtemps, même s'il a montré des performances élevées au départ lors de l'utilisation directe d'hydrocarbures, " déclare le professeur Kim qui a dirigé l'étude. Le catalyseur en alliage métallique nouvellement développé a d'excellentes performances catalytiques, ce qui contribuera grandement à la vulgarisation des piles à combustible.