堿性燃料電池 (AFC) 將氫和氧的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，同時(shí)只產(chǎn)生副產(chǎn)品水。這使它們成為極具吸引力的下一代環(huán)保能源。雖然鉑催化劑通常用于堿性燃料電池，但它們價(jià)格昂貴，并且在用于堿性燃料電池時(shí)還面臨穩(wěn)定性方面的挑戰(zhàn)。因此，在碳載體上形成的單原子催化劑 (SAC) 正成為有希望的候選者，作為替代的下一代催化劑。然而，由于這些單原子催化劑的制造過(guò)程中通常采用復(fù)雜的合成方法，這些單原子催化劑的商業(yè)化很困難。需要這些復(fù)雜的過(guò)程來(lái)防止金屬原子的結(jié)合，

由韓國(guó)科學(xué)技術(shù)研究院功能復(fù)合材料研究中心的 Nam Dong Kim 博士(KIST，Seok-Jin Yoon 院長(zhǎng))和氫燃料電池研究的 Sung Jong Yoo 博士領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行的工作在中心，電弧被用來(lái)生產(chǎn)高性能的鈷基單原子催化劑。在這里，主要用于電焊的電弧的新用途導(dǎo)致了一種原創(chuàng)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)可以以商業(yè)規(guī)模(10 g/ H)。

研究表明，所開(kāi)發(fā)的催化劑的氧還原能力是傳統(tǒng)鉑催化劑的兩倍以上，耐久性是傳統(tǒng)鉑催化劑的 10 倍以上。當(dāng)應(yīng)用于實(shí)際燃料電池時(shí)，這些鈷基單原子催化劑的性能也明顯優(yōu)于現(xiàn)有的鈷基催化劑。

這項(xiàng)研究的重點(diǎn)是通過(guò)使用電弧將元素分解成原子態(tài)，然后在電弧內(nèi)進(jìn)行隨后的高能態(tài)復(fù)合。將選定的金屬和碳材料混合后，使用電弧將金屬分解成原子。在復(fù)合過(guò)程中，這些金屬原子填充了高度結(jié)晶的納米碳晶格中的空間，這意味著催化劑可以在沒(méi)有聚集的情況下合成。結(jié)果還表明，這種單原子催化劑合成方法適用于各種過(guò)渡金屬，包括鉑、鈷、錳、鎳和鐵。

KIST 的 Nam Dong Kim 博士解釋了這項(xiàng)研究的重要性，他說(shuō)：“這項(xiàng)研究的主要特點(diǎn)是我們?nèi)绾文軌蛲ㄟ^(guò)增強(qiáng)堿性燃料電池的功能和耐用性，使用更便宜的催化劑作為昂貴的鉑催化劑的替代品下一代的催化劑。”他補(bǔ)充說(shuō)：“我們預(yù)計(jì)這些催化劑的應(yīng)用將超越下一代堿性燃料電池的設(shè)計(jì)和制造過(guò)程，擴(kuò)展到各種其他電化學(xué)轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，這將大大有助于建立碳中和和氫經(jīng)濟(jì)。 ”