La función de las pilas de combustible es transformar la energía química en electricidad a través de una reacción química. Cuando esta tecnología esté lo suficientemente madura, será posible utilizar un combustible como el hidrógeno sin emitir CO 2 a la atmósfera. En la pila de combustible, la reacción química es facilitada por un catalizador, típicamente nanopartículas de platino dispersas sobre la superficie de un material reactivo y duradero, como el óxido de cerio, por ejemplo.
Antes de este estudio, las áreas activas de estos catalizadores se habían estudiado en condiciones ideales, a temperaturas y presiones muy bajas, eliminando la suciedad y la humedad que pudiera encontrarse en los dispositivos en condiciones normales de trabajo. Stefano Fabris, físico de laLa Escuela Internacional de Estudios Avanzados SISSA de Trieste y el Istituto Officina dei Materiali del CNR-IOM, y sus colegas, sin embargo, querían estudiar un sistema en condiciones realistas, en este caso agregando una fina capa de agua al catalizador. El equipo hizo algunosdescubrimientos interesantes: parece que la humedad, en lugar de hacer que los procesos sean menos eficientes, da a los átomos en tránsito un "impulso", mejorando así significativamente la eficiencia general del sistema. El estudio, coordinado por Fabris, fue publicado en el Revista de la Sociedad Química Estadounidense .
El trabajo de Fabris y sus colegas se basa en simulaciones por computadora. "Este es un aspecto no insignificante, porque las técnicas experimentales tradicionales no nos permiten obtener información detallada sobre lo que sucede en la interfaz entre la superficie del catalizador y un líquido comocomo agua. De esta manera, las capas atómicas que separan el sólido y el agua siguen siendo un mundo en gran parte inexplorado, tan difícil de medir como el núcleo de un planeta ", explica Fabris." Las condiciones de presión y temperatura impiden una visión directa delnivel experimental. Por lo tanto, debemos encontrar otras formas de investigar este tipo de fenómenos, como por ejemplo, utilizando estas simulaciones numéricas ".
reacción en cadena
Fabris y sus colegas reconstruyeron el sistema físico en detalle, exactamente donde la superficie del catalizador entra en contacto con una o más capas de moléculas de agua y observaron su evolución en tiempo real. "Primero, notamos que el agua en contacto con elcatalizador se descompone, en parte, en iones de hidrógeno, o protones, e iones de hidróxido OH-.
Esto no fue completamente inesperado, dice Matteo Farnesi Camellone, investigador del CNR-IOM Istituto Officina dei Materiali y primer autor del trabajo, y agrega que un efecto como este podría haberse imaginado a priori. "La parte realmente interesante ocurre despuésesta ruptura ", dice Farnesi Camellone. Cuando hay un cierto número de protones e iones de hidróxido en la superficie, se produce la llamada cadena de protones:" una especie de juego de pinball en el que los grupos OH- pasan un protón libre de un lado a otro sin cesar, uniéndolo y liberándolo. En el proceso, las moléculas de agua se forman y se rompen continuamente, mientras que los protones continúan rebotando y viajando largas distancias a lo largo de la superficie. "Las consecuencias para el proceso catalítico son positivas". Todo este movimiento ayuda a transportar moléculasentre las zonas activas del material. Medimos aumentos en la velocidad de transporte y liberación varias veces, la eficiencia del catalizador en realidad mejora. "
"Esta es la primera vez que se estudia el catalizador con agua presente. Nuestro estudio, además de mostrar que el proceso se ve favorecido por la humedad, va más allá de explicar en detalle lo que sucede en el material, lo cual es un conocimiento importante para diseñar mejores combustiblescélulas ", dice Fabris.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela Internacional de Estudios Avanzados SISSA . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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