與需要充電的二次電池不同，燃料電池是一種生態(tài)友好型的發(fā)電系統(tǒng)，可以通過使用氫作為燃料和氧作為氧化劑的電化學(xué)反應(yīng)直接發(fā)電。燃料電池的類型多種多樣，其工作溫度和電解質(zhì)材料不同。使用陶瓷電解質(zhì)的固體氧化物燃料電池(SOFC)受到越來越多的關(guān)注。由于它們在700攝氏度左右的高溫下運行，因此它們在燃料電池類型中提供最高的效率，并且還可以用于通過蒸汽分解產(chǎn)生氫氣。為了將該技術(shù)商業(yè)化，必須進一步提高電池性能，并且高度期待新型高溫催化劑材料。

鉑(Pt)基催化劑在燃料電池電極反應(yīng)中表現(xiàn)出出色的性能。單原子鉑催化劑由于其獨特的功能性而備受關(guān)注。但是，在高溫下，Pt原子不穩(wěn)定且容易團聚。因此，Pt單原子催化劑僅用于低溫燃料電池，例如用于氫電動汽車的聚合物電解質(zhì)膜燃料電池。

一個研究小組現(xiàn)已開發(fā)出一種催化劑，該催化劑僅需少量的鉑即可顯著提高性能，并且可以在高溫下穩(wěn)定運行。能源材料研究中心的Kyung-Joong Yoon博士和研究員Ji-Su Su與漢陽大學(xué)的Yun Yun Lee教授一起開發(fā)了可用于SOFC的單原子Pt催化劑。

在他們的研究中，即使在高溫下，整個鉑原子也均勻地分布并單獨運行而不會發(fā)生團聚。實驗表明，它將電極反應(yīng)速率提高了10倍以上。即使在高達700攝氏度的高溫下，它也可以運行500多個小時，并將發(fā)電和制氫性能提高三到四倍。預(yù)計將加速下一代環(huán)保燃料電池固體氧化物燃料電池(SOFC)的商業(yè)化。

KIST-漢陽大學(xué)的研究團隊通過結(jié)合鉑原子和氧化鈰(Ce)納米粒子制成了單原子催化劑。每個鉑原子分別分散在二氧化鈰納米顆粒的表面上，并且即使在高溫下，強鍵也可以長時間保持原子的分散狀態(tài)，這使得所有鉑原子都可以參與反應(yīng)。進而，這使得可以顯著提高電極反應(yīng)的速率，同時使鉑的使用量最小化。

為了制造，將包含鉑和鈰離子的溶液注入到SOFC的電極中，并且在燃料電池在高溫下工作的同時合成催化劑。由于無需任何特殊設(shè)備即可輕松進行電極注入，因此新開發(fā)的催化劑可輕松應(yīng)用于現(xiàn)有的燃料電池制造工藝。

KIST的Kyung-Joong Yoon博士說：“這項研究中開發(fā)的催化劑可以通過簡單，低成本的方法應(yīng)用于各種固體氧化物燃料電池和高溫電化學(xué)裝置，因此有望基于單原子催化劑即使在700攝氏度或更高的溫度下仍能穩(wěn)定運行的事實，加速了下一代環(huán)保型發(fā)電和能量存儲設(shè)備的開發(fā)，其應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒌玫綐O大擴展，包括高溫?zé)峄瘜W(xué)反應(yīng)和高溫電化學(xué)反應(yīng)。”