Contrairement aux batteries secondaires qui doivent être rechargées, Les piles à combustible sont un type de système de production d'électricité respectueux de l'environnement qui produisent de l'électricité directement à partir de réactions électrochimiques utilisant de l'hydrogène comme combustible et de l'oxygène comme oxydant. Il existe différents types de piles à combustible, différant dans les températures de fonctionnement et les matériaux d'électrolyte. Piles à combustible à oxyde solide (SOFC), qui utilisent un électrolyte céramique, reçoivent une attention croissante. Parce qu'ils fonctionnent à des températures élevées autour de 700 degrés Celsius, ils offrent le rendement le plus élevé parmi les types de piles à combustible, et peut également être utilisé pour produire de l'hydrogène par décomposition à la vapeur. Pour la commercialisation de cette technologie, une amélioration supplémentaire des performances des cellules est nécessaire, et de nouveaux matériaux catalytiques à haute température sont très attendus.

Les catalyseurs à base de platine (Pt) présentent d'excellentes performances dans les réactions d'électrode de pile à combustible. Les catalyseurs au Pt à un seul atome sont intéressants en raison de leur fonctionnalité unique. Cependant, à haute température, les atomes de Pt ne sont pas stables et s'agglomèrent facilement. Par conséquent, Les catalyseurs à un seul atome de Pt n'ont été utilisés que dans les piles à combustible à basse température, comme les piles à combustible à membrane polymère-électrolyte, qui sont utilisés pour les véhicules électriques à hydrogène.

Une équipe de recherche a maintenant mis au point un catalyseur qui ne nécessite qu'une faible quantité de platine pour une amélioration significative des performances, et peut fonctionner de manière stable à des températures élevées. Le Dr Kyung-Joong Yoon et le chercheur Ji-Su Shin du Center for Energy Materials Research, en collaboration avec le professeur Yun Jung Lee de l'Université de Hanyang, nous avons développé un catalyseur Pt à un seul atome qui peut être utilisé pour les SOFC.

Dans leurs recherches, les atomes de platine entiers sont uniformément répartis et fonctionnent individuellement sans agglomération, même à haute température. Il a été démontré expérimentalement qu'il augmentait la vitesse de réaction de l'électrode de plus de 10 fois. Il peut également fonctionner pendant plus de 500 heures, même à des températures élevées jusqu'à 700 degrés Celsius et améliore de trois à quatre fois les performances de production d'électricité et de production d'hydrogène. Il devrait accélérer la commercialisation des piles à combustible à oxyde solide (SOFC), la prochaine génération de piles à combustible écologiques.

L'équipe de recherche de l'Université KIST-Hanyang a fabriqué le catalyseur à un seul atome en combinant des atomes de platine et des nanoparticules d'oxyde de cérium (Ce). Chaque atome de platine est dispersé individuellement à la surface des nanoparticules d'oxyde de cérium, et la liaison forte maintient l'état dispersé des atomes pendant une longue durée, même à haute température, qui permet à tous les atomes de platine d'être impliqués dans la réaction. Ceci permet à son tour d'améliorer sensiblement la vitesse de réaction de l'électrode tout en minimisant la quantité de platine utilisée.

Pour la confection, une solution contenant des ions platine et cérium est injectée dans l'électrode de la SOFC, et les catalyseurs sont synthétisés pendant que la pile à combustible fonctionne à haute température. Parce que l'injection dans l'électrode peut être effectuée facilement sans aucun équipement spécial, le catalyseur nouvellement développé peut être facilement appliqué aux processus de fabrication de piles à combustible existants.

Le Dr Kyung-Joong Yoon du KIST a déclaré :"Le catalyseur développé dans cette étude peut être appliqué à une grande variété de piles à combustible à oxyde solide et de dispositifs électrochimiques à haute température en utilisant un processus simple et peu coûteux, on s'attend donc à ce qu'il accélère le développement de dispositifs de production d'électricité et de stockage d'énergie respectueux de l'environnement de nouvelle génération. Basé sur le fait que le catalyseur à un seul atome peut fonctionner de manière stable même à 700 degrés Celsius ou plus, ses champs d'application seront considérablement élargis, y compris les réactions thermochimiques à haute température et les réactions électrochimiques à haute température."