Las celdas de combustible tienen el potencial de ser una forma limpia y eficiente de operar automóviles, computadoras y centrales eléctricas, pero el costo de producirlas está limitando su uso. Esto se debe a que un componente clave de las celdas de combustible más comunes es un catalizador hechodel platino de metales preciosos.
En un artículo publicado hoy en pequeño , investigadores de la Universidad de California, Riverside, describen el desarrollo de un material catalizador eficiente y económico para un tipo de celda de combustible llamada celda de combustible de membrana de electrolito polimérico PEMFC, que convierte la energía química del hidrógeno en electricidad y esentre los tipos de celdas de combustible más prometedores para impulsar automóviles y productos electrónicos.
El catalizador desarrollado en UCR está hecho de nanofibras de carbono porosas incrustadas con un compuesto hecho de un metal relativamente abundante como el cobalto, que es más de 100 veces menos costoso que el platino. La investigación fue dirigida por David Kisailus, el Winston Chung EndowedProfesor de Innovación Energética en la Facultad de Ingeniería Marlan y Rosemary Bourns de la UCR.
Las celdas de combustible, que ya están siendo utilizadas por algunos fabricantes de automóviles, ofrecen ventajas sobre las tecnologías de combustión convencionales, incluida una mayor eficiencia, un funcionamiento más silencioso y menores emisiones. Las celdas de combustible de hidrógeno emiten solo agua.
Al igual que las baterías, las celdas de combustible son dispositivos electroquímicos que comprenden un electrodo positivo y negativo intercalando un electrolito. Cuando se inyecta un combustible de hidrógeno en el ánodo, un catalizador separa las moléculas de hidrógeno en partículas cargadas positivamente llamadas protones y partículas cargadas negativamente llamadas electrones.Los electrones se dirigen a través de un circuito externo, donde realizan un trabajo útil, como alimentar un motor eléctrico, antes de volver a unir los iones de hidrógeno y oxígeno cargados positivamente para formar agua.
Una barrera crítica para la adopción de celdas de combustible es el costo del platino, lo que hace que el desarrollo de materiales catalíticos alternativos sea un factor clave para su implementación en masa.
Utilizando una técnica llamada electrohilado, los investigadores de la UCR hicieron láminas delgadas de papel de nanofibras de carbono que contenían iones metálicos, ya sea cobalto, hierro o níquel. Al calentarse, los iones formaron nanopartículas metálicas ultrafinas que catalizaron la transformación del carbono en un alto-carbono grafito de rendimiento. Posteriormente, las nanopartículas metálicas y el carbono no grafito residual se oxidaron, lo que condujo a una red altamente porosa y útil de nanopartículas de óxido metálico dispersas en una red porosa de grafito.
Kisailus y su equipo, en colaboración con científicos de la Universidad de Stanford, determinaron que los nuevos materiales funcionaban tan bien como los sistemas de platino-carbono estándar de la industria, pero a una fracción del costo.
"La clave para el alto rendimiento de los materiales que creamos es la combinación de la química y las condiciones de procesamiento de fibra", dijo Kisailus. "Las notables propiedades electroquímicas se atribuyeron principalmente a los efectos sinérgicos obtenidos de la ingeniería del óxido de metal consitios activos expuestos y la estructura grafítica porosa jerárquica 3D ".
Kisailus dijo que un beneficio adicional del nanocompuesto catalítico era que su naturaleza de fibra grafítica proporcionaba resistencia y durabilidad adicionales, lo que le permitiría servir como catalizador de pila de combustible y potencialmente como componente estructural.
"Un desafío importante en la fabricación de vehículos de alto rendimiento es reducir el peso, tanto del cuerpo del vehículo como el peso adicional de la batería o la pila de combustible, sin afectar la seguridad o el rendimiento", dijo. "El material que creamospuede permitir a los fabricantes de automóviles convertir los componentes estructurales, como el capó o el chasis, en elementos funcionales que ayudan a impulsar los automóviles ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de California - Riverside . Original escrito por Sarah Nightingale. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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