在高温环境也具有稳定性…加快下一代复合发电燃料电池商用化

       汉阳大学能源工学系李允静教授团队与KIST能源材料研究团尹京中(Yoon Kyeong-jung)博士、申智秀(Sin Ji-soo)研究员研究团队共同开发出由单一原子所形成的燃料电池催化剂,与原有的催化剂相比,贵金属含量减少的同时电力生产效率则高出4倍。

       与需要充电的二代电池不同的是,被称为‘三代电池’的燃料电池是用燃料(氢气与氧气)的化学反应产电的装置。因为是注入燃料的方式,可以完善二代电池需要较长充电时间的缺点。尤其是固体氧化物燃料电池因其在零上700摄氏度以上的高温环境下也能起作用的优点,正在被积极地进行着研究。为了提高燃料电池的化学反应的效率而具备产电地经济性,需要铂金催化剂。铂金是昂贵的贵金属,所以阻碍着燃料电池商用化。

 
单一原子催化剂的概念图。圆内的黑色球形(右上)为铈氧化物,
表面的黄色点为铂金原子一个个贴在上面的样子(来源:KIST)

       共同研究团队找到了仅使用少量的铂金也能提高效率并在高温环境下稳定运行的方法。研究团队将铂金原子与铈氧化物纳米粒子进行强力结合,使铂金原子即使在高温环境下也不会聚在一起,能够单独进行分散反应。因为通过强烈的结合力可以长时间维持分散的原子状态,所以所有的铂金原子可以顺利地加入到反应中。

       因此可以将铂金的使用量最少化的同时,使电极的反应速度提高10倍以上。另外性能实验中,在零上700摄氏度以上的高温环境下可以稳定运转500个小时以上的,原子催化剂电力生产效率比之前提高了3~4倍。通过本次研究,第二代环保燃料电池——固体氧化物燃料电池的商用化的提前值得期待。

       另外,新开发的固体氧化物燃料电池催化剂是将融有铂金和铈离子的溶液注入燃料电池的电极内部后,使燃料电池在高温下运转时合成为催化剂。因为不需其它的特殊装置就能简单地注入到电极内,期待其也能容易地适用于原有的燃料电池。

       研究团队表示“提高固体氧化物燃料电池的性能,能加快商业化。通过随后的研究,需要开发大量合成原子催化剂的技术。”
       本次研究由科学技术情报通信部支援,作为KIST主要事业与韩国研究财团气候变化对应技术开发事业而进行,研究成果被刊登在国际学术杂志‘能源与环保科学’(IF:30.289,JCP领域上位0.189%)的最新刊中。
(左)固体氧化物燃料电池电极
(中)电极内部表面形成的单一原子催化剂
(右)催化剂表面分散的铂金原子(亮斑:铂金原子)
(来源:KIST)

Global News Team
global@hanyang.ac.kr
译   姜侑锡
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