Les piles à combustible alcalines (AFC) convertissent l'énergie chimique de l'hydrogène et de l'oxygène en énergie électrique, tout en ne produisant que de l'eau comme sous-produit. Cela en fait une source d'énergie de nouvelle génération extrêmement attrayante et respectueuse de l'environnement. Bien que les catalyseurs au platine soient généralement utilisés dans les piles à combustible alcalines, ils sont coûteux et rencontrent également des problèmes liés à la stabilité lorsqu'ils sont utilisés dans des piles à combustible alcalines. En conséquence, les catalyseurs à un seul atome (SAC), tels que formés sur des supports de carbone, deviennent des candidats prometteurs en tant que catalyseurs alternatifs de nouvelle génération. Cependant, la commercialisation de ces catalyseurs à un seul atome est difficile en raison des méthodes de synthèse complexes classiquement employées pour leur fabrication. Ces processus complexes sont nécessaires pour empêcher la liaison des atomes métalliques, qui sont associés à la dégradation des performances du catalyseur.

Dans les travaux effectués par l'équipe de recherche dirigée par le docteur Nam Dong Kim du centre de recherche sur les matériaux composites fonctionnels de l'Institut coréen des sciences et technologies (KIST, président Seok-Jin Yoon) et le docteur Sung Jong Yoo de la recherche sur les piles à hydrogène-combustible Au centre, des arcs électriques ont été utilisés pour produire des catalyseurs à un seul atome à base de cobalt de haute performance. Ici, la nouvelle utilisation des arcs électriques, qui sont principalement utilisés dans le soudage électrique, a abouti au développement d'une technologie originale qui peut produire des catalyseurs mono-atomes à base de cobalt bon marché et performants à l'échelle commerciale (10 g/ h).

Il a été démontré que les catalyseurs développés avaient plus de deux fois les capacités de réduction de l'oxygène et plus de 10 fois la durabilité des catalyseurs au platine traditionnels. Ces catalyseurs à un seul atome à base de cobalt ont également obtenu de bien meilleurs résultats que les catalyseurs à base de cobalt existants lorsqu'ils sont appliqués à des piles à combustible réelles.

Cette étude s'est concentrée sur la décomposition des éléments dans leur état atomique en utilisant des arcs électriques, qui a été suivie par leur recombinaison ultérieure à haute énergie dans l'arc électrique. Après avoir mélangé les matériaux métalliques et carbonés sélectionnés, les métaux ont été décomposés en atomes à l'aide d'un arc électrique. Au cours de la recombinaison, ces atomes métalliques ont rempli les espaces du réseau de nanocarbone hautement cristallin, ce qui implique que le catalyseur pouvait être synthétisé sans agrégation. Les résultats ont également indiqué que cette méthode de synthèse de catalyseur à un seul atome était applicable à divers métaux de transition, notamment le platine, le cobalt, le manganèse, le nickel et le fer.

Le Dr Nam Dong Kim du KIST a expliqué l'importance de l'étude en disant :"La caractéristique clé de cette étude était de savoir comment nous avons pu utiliser des catalyseurs moins chers comme alternative aux catalyseurs au platine coûteux en améliorant la fonction et la durabilité de la pile à combustible alcaline. catalyseurs de la prochaine génération." Il a ajouté :« Nous prévoyons que l'application de ces catalyseurs s'étendra au-delà des processus de conception et de fabrication des piles à combustible alcalines de la prochaine génération, à divers autres systèmes de conversion électrochimique, qui contribueront grandement à l'établissement de la neutralité carbone et de l'économie de l'hydrogène. " + Explorer plus loin

Catalyseurs mono-atome hautes performances pour piles à combustible haute température