Catalisadores de a¡tomo aºnico de alto desempenho para células de combustavel de alta temperatura
Catalisadores a base de platina (Pt) demonstram excelente desempenho em reaa§aµes de eletrodo de canãlula de combustavel . Os catalisadores de Pt de a¡tomo aºnico são interessantes devido a sua funcionalidade única.

Diagrama conceitual de catalisador de a¡tomo aºnico desenvolvido por pesquisadores do KIST. Crédito: Instituto de Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST)
Ao contra¡rio das baterias secunda¡rias que precisam ser recarregadas, as células de combustavel são um tipo de sistema de geração de energia ecologicamente correto que produz eletricidade diretamente de reações eletroquímicas usando hidrogaªnio como combustavel e oxigaªnio como oxidante. Existem vários tipos de células de combustavel, diferindo em temperaturas de operação e materiais eletrolaticos. As células a combustavel de a³xido sãolido (SOFCs), que usam um eletra³lito de cera¢mica, estãorecebendo cada vez mais atenção. Por operarem em altas temperaturas em torno de 700 graus Celsius, oferecem a maior eficiência entre os tipos de células a combustavel e também podem ser usadas para produzir hidrogaªnio por decomposição a vapor. Para a comercialização desta tecnologia, énecessa¡rio melhorar ainda mais o desempenho da canãlula, e novos materiais catalisadores de alta temperatura são altamente esperados.
Catalisadores a base de platina (Pt) demonstram excelente desempenho em reações de eletrodo de canãlula de combustavel . Os catalisadores de Pt de a¡tomo aºnico são interessantes devido a sua funcionalidade única. No entanto, em altas temperaturas, os a¡tomos de Pt não são esta¡veis ​​e se aglomeram facilmente. Portanto, os catalisadores de a¡tomo aºnico de Pt tem sido usados ​​apenas em células a combustavel de baixa temperatura , como células a combustavel de membrana eletrolatica de polamero, que são usadas para veaculos elanãtricos de hidrogaªnio.
Uma equipe de pesquisa desenvolveu agora um catalisador que requer apenas uma pequena quantidade de platina para uma melhoria significativa de desempenho e pode operar de forma esta¡vel em altas temperaturas. O Dr. Kyung-Joong Yoon e o pesquisador Ji-Su Shin do Center for Energy Materials Research, juntamente com o professor Yun Jung Lee da Hanyang University, desenvolveram um catalisador de Pt de a¡tomo aºnico que pode ser usado para SOFCs.
"O catalisador desenvolvido neste estudo pode ser aplicado a uma ampla variedade de células de combustavel de a³xido sãolido e dispositivos eletroquímicos de alta temperatura usando um processo fa¡cil e simples de baixo custo, portanto, espera-se que acelerar o desenvolvimento de geração de energia ecola³gica de próxima geração e dispositivos de armazenamento de energia. Com base no fato de que o catalisador de a¡tomo aºnico pode operar de forma esta¡vel mesmo a 700 graus Celsius ou mais, seus campos de aplicação sera£o amplamente expandidos, incluindo alta temperatura reações termoquímicas e reações eletroquímicas de alta temperatura. "
Em sua pesquisa, a¡tomos inteiros de platina são distribuados uniformemente e funcionam individualmente sem aglomeração, mesmo em altas temperaturas. Foi demonstrado experimentalmente que aumenta a taxa de reação do eletrodo em mais de 10 vezes. Ele também pode operar por mais de 500 horas, mesmo em altas temperaturas de até700 graus Celsius e melhora a geração de energia elanãtrica e o desempenho da produção de hidrogaªnio em três a quatro vezes. Espera-se que acelere a comercialização de células a combustavel de a³xido sãolido (SOFCs), a próxima geração de células a combustavel ecologicamente corretas.
(esquerda) eletrodo de canãlula de combustavel de a³xido sãolido (centro) um catalisador de
a¡tomo aºnico formado nasuperfÍcie dentro do eletrodo. (direita) a¡tomo de platina disperso
nasuperfÍcie catalatica (ponto brilhante: a¡tomo de platina). Crédito: Instituto de
Ciência e Tecnologia da Coreia (KIST)
A equipe de pesquisa da Universidade KIST-Hanyang fez o catalisador de a¡tomo aºnico combinando a¡tomos de platina e nanopartaculas de a³xido de canãrio (Ce). Cada a¡tomo de platina éindividualmente disperso nasuperfÍcie das nanopartaculas de a³xido de canãrio, e a ligação forte mantanãm o estado disperso dos a¡tomos por um longo período de tempo, mesmo em altas temperaturas, o que permite que todos os a¡tomos de platina sejam envolvidos na reação. Isto, por sua vez, torna possível melhorar substancialmente a taxa de reação do eletrodo, minimizando a quantidade de platina usada.
Para a fabricação, uma solução contendo aons platina e canãrio éinjetada no eletrodo da SOFC, e os catalisadores são sintetizados enquanto a canãlula a combustavel estãooperando em alta temperatura. Como a injeção no eletrodo pode ser realizada facilmente sem qualquer equipamento especial, o catalisador recanãm-desenvolvido pode ser aplicado prontamente aos processos de fabricação de células de combustavel existentes .
O Dr. Kyung-Joong Yoon da KIST disse: "O catalisador desenvolvido neste estudo pode ser aplicado a uma ampla variedade de células de combustavel de a³xido sãolido e dispositivos eletroquímicos de alta temperatura usando um processo fa¡cil e simples de baixo custo, portanto, espera-se que acelerar o desenvolvimento de geração de energia ecola³gica de próxima geração e dispositivos de armazenamento de energia. Com base no fato de que o catalisador de a¡tomo aºnico pode operar de forma esta¡vel mesmo a 700 graus Celsius ou mais, seus campos de aplicação sera£o amplamente expandidos, incluindo alta temperatura reações termoquímicas e reações eletroquímicas de alta temperatura. "