Un estudio reveló el secreto de los catalizadores que aumentan la eficiencia de la pila de combustible

Las pilas de combustible son una fuente de energía ecológica que obtiene energía mediante la reacción inversa de la electrólisis del agua.

El catalizador que mejora la eficiencia de la reacción está directamente relacionado con el rendimiento de la pila de combustible. Un catalizador es una sustancia que potencia las reacciones químicas. Uno de estos catalizadores para pilas de combustible, el PBMO (Pr0.5Ba0.5MnO3-δ), funciona incluso cuando se usa directamente como hidrocarburo, no como hidrógeno, y ofrece una alta conductividad iónica.

A esto, un POSTECH-UNISTA El equipo de investigación conjunto ha dado un paso más hacia el desarrollo de catalizadores de alto rendimiento al descubrir los fenómenos de transición de fase y ex solución a nivel atómico por primera vez. Un equipo de investigación conjunto del profesor Jeong Woo Han y Ph.D. El candidato Kyeounghak Kim del Departamento de Ingeniería Química de POSTECH y el profesor Guntae Kim de UNIST han descubierto el mecanismo que PBMO, un catalizador utilizado en celdas de combustible.

El PMBO se transforma de estructura de perovskita a estructura en capas con nanopartículas ex-solución * a la superficie, lo que confirma su potencial como electrodo y catalizador químico. Exhibe una alta conductividad iónica a medida que cambia a una estructura en capas bajo un entorno de reducción que pierde oxígeno. Simultáneamente, se produce el fenómeno de ex-solución en el que los elementos del interior del óxido metálico se segregan a la superficie.

Este fenómeno ocurre principalmente en un entorno de reducción sin ningún proceso en particular cuando los elementos del material suben a la superficie, la estabilidad de la pila de combustible y el rendimiento mejoran enormemente.

Sin embargo, diseñar estos materiales es bastante difícil ya que se desconocía el proceso detrás de esto.

Los científicos se centraron en las características y confirmaron que el proceso pasa por una transición de fase, ex-solución de partículas y formación de catalizador. Para probar esto, utilizaron el cálculo de los primeros principios basado en mecánica cuántica y el experimento XRD ** in situ que permite la observación de cambios estructurales de cristales en tiempo real en materiales. Los científicos también confirmaron que el catalizador de oxidación desarrollado de esta manera muestra un rendimiento hasta cuatro veces mejor que los catalizadores convencionales, verificando que este estudio se aplica a varios catalizadores químicos.

El profesor Jeong Woo Han, quien dirigió el estudio, dicho, “Pudimos comprender con precisión los materiales en unidades atómicas que eran difíciles de confirmar en experimentos anteriores, y lo demostramos con éxito superando así las limitaciones de la investigación existente al comprender con precisión los materiales en unidades atómicas, que eran difíciles de confirmar en experimentos existentes, y demostrándolos con éxito. Dado que estos materiales de apoyo y nanocatalizadores se pueden utilizar para la reducción de gases de escape, sensores, pilas de combustible, catalizadores químicos, etc., se prevé una investigación activa en numerosos campos en el futuro ”.

Referencia de la revista:
  1. Kyeounghak Kim y col. Conocimientos mecanicistas sobre los fenómenos de transición de fase y ex disolución de metales de Pr0.5Ba0.5Mn0.85Co0.15O3 − δ de perovskita simple a estratificada en condiciones reductoras y actividad catalítica mejorada †. DOI: 10.1039 / D0EE02875D

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