碱性燃料电池单原子催化剂的大规模合成方法

碱性燃料电池(AFC)将氢和氧的化学能转化为电能，仅产生水作为副产品。这使得它们成为有吸引力的下一代环保能源。尽管铂催化剂通常用于碱性燃料电池，但是它们价格昂贵，并且当用于碱性燃料电池时面临稳定性挑战。因此，在碳载体上形成的单原子催化剂(SAC)正成为下一代催化剂的候选物。

然而，这些单原子催化剂的商业化是困难的，因为在生产过程中通常使用复杂的合成方法。需要这些复杂的过程来防止金属原子的结合，

由韩国科学技术研究院功能复合材料研究中心的Nam Dong Kim博士(KIST，Seok-Jin Yoon院长)和氢燃料电池研究中心的Sung Jong Yoo博士领导的研究团队在该中心。电弧用于生产高性能钴基单原子催化剂。在此，主要用于电焊的电弧的新用途导致了一种原创技术的发展，该技术可用于商业规模(10 g/H)。

结果表明，所开发的催化剂的氧还原能力是传统铂催化剂的2倍以上，其耐久性是传统铂催化剂的10倍以上。当应用于实际的燃料电池时，这些钴基单原子催化剂的性能也明显优于现有的钴基催化剂。

这项研究的重点是利用电弧将元素分解成原子态，然后在电弧中重组高能态。选定的金属和碳材料混合后，金属被电弧分解成原子。在重组过程中，这些金属原子填充了高度结晶的纳米碳晶格中的空间，这意味着催化剂可以在没有聚集的情况下合成。结果还表明，该方法适用于所有种类的过渡金属，包括铂、钴、锰、镍和铁。

KIST的Nam Dong Kim博士解释了这项研究的重要性。他说：“这项研究的主要特点是，我们如何通过增强碱性燃料电池的功能和耐用性，使用更便宜的催化剂作为昂贵的铂催化剂的替代品。”他补充说：“我们预计，这些催化剂的应用将超越下一代碱性燃料电池的设计和制造过程，并扩展到其他各种电化学转换系统，这将大大有助于建立碳中和氢经济。”