Un equipo de ingenieros de la Universidad de Delaware ha desarrollado una tecnología que podría hacer que las celdas de combustible sean más baratas y duraderas, un avance que podría acelerar la comercialización de vehículos con celdas de combustible.
Describen sus resultados en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza .
Las celdas de combustible alimentadas con hidrógeno son una alternativa ecológica a los motores de combustión interna porque producen energía a través de reacciones electroquímicas, sin dejar atrás la contaminación.
Los materiales llamados catalizadores estimulan estas reacciones electroquímicas. El platino es el catalizador más común en el tipo de celdas de combustible utilizadas en vehículos.
Sin embargo, el platino es caro, como lo sabe cualquiera que haya comprado joyas. El metal cuesta alrededor de $ 30,000 por kilogramo.
En cambio, el equipo de UD hizo un catalizador de carburo de tungsteno, que cuesta alrededor de $ 150 por kilogramo. Produjeron nanopartículas de carburo de tungsteno de una manera novedosa, mucho más pequeñas y más escalables que los métodos anteriores.
"El material se hace típicamente a temperaturas muy altas, alrededor de 1,500 grados Celsius, y a estas temperaturas, crece grande y tiene poca superficie para que la química tenga lugar", dijo Dionisios Vlachos, director del Centro de Catálisis para Innovación Energética de UD.. "Nuestro enfoque es uno de los primeros en fabricar material a nanoescala de alta superficie que puede ser comercialmente relevante para la catálisis".
Los investigadores hicieron nanopartículas de carburo de tungsteno utilizando una serie de pasos que incluyen tratamiento hidrotérmico, separación, reducción, carburación y más.
"Podemos aislar las nanopartículas individuales de carburo de tungsteno durante el proceso y hacer una distribución muy uniforme del tamaño de partícula", dijo Weiqing Zheng, investigador asociado del Centro de Catálisis para la Innovación Energética.
Luego, los investigadores incorporaron las nanopartículas de carburo de tungsteno en la membrana de una celda de combustible. Las celdas de combustible automotrices, conocidas como celdas de combustible de membrana de intercambio de protones PEMFC, contienen una membrana polimérica. Esta membrana separa el cátodo del ánodo, que se dividehidrógeno H2 en iones protones y los entrega al cátodo, que emite corriente.
La membrana plástica se desgasta con el tiempo, especialmente si sufre demasiados ciclos de mojado / seco, lo que puede suceder fácilmente a medida que se produce agua y calor durante las reacciones electroquímicas en las celdas de combustible.
Cuando el carburo de tungsteno se incorpora a la membrana de la celda de combustible, humidifica la membrana a un nivel que optimiza el rendimiento.
"El catalizador de carburo de tungsteno mejora la gestión del agua de las celdas de combustible y reduce la carga del sistema de humidificación", dijo Liang Wang, científico asociado del Departamento de Ingeniería Mecánica.
El equipo también descubrió que el carburo de tungsteno captura radicales libres dañinos antes de que puedan degradar la membrana de la celda de combustible. Como resultado, las membranas con nanopartículas de carburo de tungsteno duran más que las tradicionales.
"El catalizador de bajo costo que hemos desarrollado se puede incorporar dentro de la membrana para mejorar el rendimiento y la densidad de potencia", dijo. "Como resultado, el tamaño físico de la pila de celdas de combustible se puede reducir para obtener la misma potencia, lo que lo hacemás ligero y más barato. Además, nuestro catalizador es capaz de ofrecer un mayor rendimiento sin sacrificar la durabilidad, que es una gran mejora con respecto a los esfuerzos similares de otros grupos ".
El equipo de investigación de la UD utilizó métodos innovadores para probar la durabilidad de una celda de combustible hecha con carburo de tungsteno. Usaron un microscopio electrónico de barrido y un haz de iones enfocado para obtener imágenes de corte fino de la membrana, que analizaron con software, reconstruyendo elestructura tridimensional de las membranas para determinar la longevidad de las celdas de combustible.
El grupo ha solicitado una patente y espera comercializar su tecnología.
"Este es un muy buen ejemplo de cómo los diferentes grupos de departamentos pueden colaborar", dijo Zheng.
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Materiales proporcionado por Universidad de Delaware . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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