Aukštos temperatūros kuro elementams sukurti didelio našumo vieno atomo katalizatoriai

KIST tyrėjų sukurta vieno atomo katalizatorių koncepcinė schema. Kreditas: Korėjos mokslo ir technologijos institutas (KIST)

Atskiri Pt atomai dalyvauja katalizinėse reakcijose, kad 10 kartų nukreiptų elektrodo procesą. Tik-atomas Pt katalizatoriai yra stabilūs 700 laipsnių temperatūroje Celsijaus ir tikimasi, kad tai paskatins kito geno grįžtamųjų kuro elementų komercializavimą.

Skirtingai nuo antrinių akumuliatorių, kuriuos reikia įkrauti, kuro elementai yra ekologiškos elektros energijos gamybos sistemos, todėl jie tiesiogiai gamina elektrochemines reakcijas kaip vandenilis kaip kuras ir kaip oksiduojantis deguonis. Yra įvairių tipų kuro elementai, kurie skiriasi veikimo temperatūra ir elektrolitinėmis medžiagomis. Tarp jų didėjantis dėmesys skiriamas kietojo kuro elementams (SOFC), naudojantiems keraminį elektrolitą. Jis veikia esant aukštai, maždaug 700 laipsnių Celsijaus temperatūrai, užtikrina didžiausią efektyvumą tarp įvairių kuro elementų ir taip pat gali būti naudojamas vandeniliui gaminti skaidant garus. Norint komercializuoti šią technologiją, būtina pagerinti ląstelių veikimą ir tikimasi naujų aukštos temperatūros katalizatorių.

Platinos pagrindu (Pt) pagaminti katalizatoriai rodo tokius puikius ląstelių efektyvumo elektrodų reakcijų rezultatus. Ypač aktyviai tiriami vieno atomo Pt katalizatoriai dėl jų unikalaus funkcionalumo. Tačiau esant aukštai temperatūrai, Pt atomai nėra stabilūs ir lengvai aglomeruojami. Todėl vieno atomo Pt katalizatoriai buvo naudojami tik žemos temperatūros kuro elementuose, kaip ir polimerų-elektrolitų membranų kuro elementuose, kurie naudojami vandenilio elektrinėms transporto priemonėms.

Vieno atomo Pt / Ceria katalizatoriai

(kairėje) kietojo oksido vieno atomo katalizatorius, susidaręs ant kuro elemento elektrodo paviršiaus (centre) elektrodo viduje. (dešinėje) platinos atomas, išsibarstęs ant katalizinio paviršiaus (ryški dėmė: platinos atomas)
Kreditas: Korėjos mokslo ir technologijos institutas (KIST)

Tokiose situacijose namų tyrimų komanda sukūrė katalizatorių, kuriam reikia tik nedidelio kiekio platinos, kad žymiai pagerėtų našumas ir kuris galėtų stabiliai veikti esant aukštai temperatūrai. Korėjos mokslo ir technologijos institutas (DĖŽĖ) paskelbė, kad dr. Kyung-Joongas Yoonas ir Energetinių medžiagų tyrimų centro tyrėjas Ji-Su Shinas kartu su profesoriumi Yun-Jung Lee iš Hanyango universiteto (Hanyango universitetas, prezidentas Woo-Seungas Kim) sukūrė vieno atomo Pt. Katalizatorius, kuris gali būti naudojamas SOFC.

Dr.  Kyung-Joong Yoon

Dr. Kyung-Joong Yoon, Energetinių medžiagų tyrimų centro KIST. Kreditas: Korėjos mokslo ir technologijos institutas (KIST)

Tyrimo metu visi platinos atomai yra tolygiai pasiskirstę ir veikia be aglomeracijos net esant aukštai temperatūrai. Eksperimentiškai įrodyta, kad elektrodo reakcijos greitis padidėja daugiau nei 10 kartų. Jis taip pat gali veikti ilgiau nei 500 valandų, net esant aukštai temperatūrai nuo 700 laipsnių Celsijaus ir 3–4 kartus viršijančiam elektros ir vandenilio gamybą. Tikimasi, kad bus pagreitinta naujos oksido kuro elementų kietojo oksido kuro elementų (SOFC) prekyba.

Vieno atomo katalizatorius, kurį kartu sukūrė KIST-Hanyango universiteto tyrimų grupė, yra pagamintas derinant platinos atomus ir cerio (Ce) oksido nanodaleles. Kiekvienas platinos atomas yra išsklaidytas atskirai ant cerio oksido nanodalelių paviršiaus, o stiprus ryšys ilgą laiką palaiko išsklaidytą atomų būseną esant aukštai temperatūrai, leidžiant visiems platinos atomams dalyvauti reakcijoje. Tai leidžia žymiai pagerinti elektrodo reakcijos greitį, sumažinant sunaudoto platinos kiekį.

Gamybai į SOFC elektrodą įpurškiamas tirpalas, kuriame yra platinos ir cerio jonų, o katalizatoriai sintetinami, kai kuro elementas veikia aukštoje temperatūroje. Kadangi injekciją į elektrodą galima lengvai atlikti be specialios įrangos, buvo tikimasi, kad naujai sukurtą katalizatorių galima lengvai pritaikyti kuro elementų gamybos procesuose.

Dr. Kungas Kyungas-Joongas Yoonas iš KIST teigė: “Šiame tyrime sukurtas katalizatorius gali būti naudojamas kietojo oksido kuro elementams ir aukštos temperatūros elektrocheminiams prietaisams, naudojant paprastą, nebrangų procesą, todėl tikimasi, kad jis paspartins naujos kartos energijos gamybos ir energijos kaupimo įtaisai. ” “Atsižvelgiant į tai, kad vieno atomo katalizatorius gali stabiliai veikti 700 laipsnių Celsijaus ar aukštesnėje temperatūroje, jo taikymo sritys bus labai išplėstos, įskaitant aukštos temperatūros termochemines reakcijas ir aukštos temperatūros elektrochemines reakcijas.”

Nuoroda: “Labai aktyvūs ir termiškai stabilūs aukštos temperatūros elektrocheminių prietaisų vieno atomo katalizatoriai” Jisu Shin, Young Joo Lee, Asif Jan, Sung Min Choi, Mi Young Park, Sungjun Choi, Jun Yeon Hwang, Seungki Hong, Seung Gyu Park, Hye Jungas Changas, Minas Kyungas Cho, Jitendra Pal Singhas, Keun Hwa Chae, Sungeunas Yangas, Ho-Il Ji, Hyoungchulas Kim, Ji-Won Sonas, Jong-Ho Lee, Byung-Kookas Kim, Hae-Weonas Lee, Jongsupas Hongas, Yunas Jungas Lee ir Kyungas Joongas Yoonas, 2021 m. Rugpjūčio 14 d., Energetika ir aplinkos mokslas.
DOI: 10.1039 / D0EE01680B

Šį tyrimą finansavo Mokslo ir IKT ministerija (MSIT), vykdydama KIST Institucinės mokslinių tyrimų ir plėtros programos ir Korėjos mokslinių tyrimų fondo reagavimo į klimato pokyčius programą. Šis straipsnis buvo paskelbtas naujausiame leidinyje „Energy and Environmental Science“ (IF: 30 289, 0,189% pirmauja JCR srityje).

Related articles

Comments

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Share article

Latest articles

Pasiutligė neužkrėstų smegenų, tačiau vis tiek kenčia nuo stiprių nervų pažeidimų.

Koronavirusas II su sunkiais kvėpavimo takų simptomais, Virusas, sukeliantis COVID 19Vargu ar jis bus tiesiogiai perduodamas į smegenis, tačiau vis tiek gali sukelti sisteminę...

Mokslas yra paprastas. Kas yra kvantinis skaičiavimas?

Nuo JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 21 d Lawrence'o Berkeley nacionalinė laboratorija DOE naudoja pažangią aušinimo sistemą - uolekčių, kad kvantinių kompiuterių širdis būtų pakankamai...

Kaip paukštis kvėpuoja geriau? Tyrėjų išvados

Apytikslis „apvalios viščiuko“ su paukščio plaučiais skaičius parodė, kad įkvėpus oro judėjimas pirmyn ir atgal. Kaip iškvėpimai (mėlynos rodyklės) ir iškvėpimai (raudoni) sukelia...

Kalnų gorilos gali naudoti krūtinę, kad perduotų informaciją apie save

Vyriškos gorilos krūtis muša. Autoriai: Jordi Galbany / Diano Fossey Gorilla fondas Skrynios, nukentėjusios nuo kalnų gorilų, kurios greitai muša krūtinę rankomis, kad skambėtų...

Paprastas mokslas: kas yra biokuras?

Parengta JAV energetikos departamentas 2021 m. Balandžio 20 d Mokslininkai fermentavo mieles, kad iš augalų cukrus virstų biodyzelinu. Kreditas: Nuotrauka mandagumo Stephanopoulos Lab Saulės, vėjo ir...

Newsletter

Subscribe to stay updated.