Una nueva investigación sugiere que el grafeno, hecho de una manera específica, podría usarse para fabricar celdas de combustible de hidrógeno más duraderas para automóviles.
En el estudio, publicado hoy en la revista nanoescala , los científicos produjeron grafeno a través de una técnica especial y escalable y lo usaron para desarrollar catalizadores de células de combustible de hidrógeno. El equipo de investigación, que incluyó a científicos de la Universidad Queen Mary de Londres y el University College London UCL, mostró que este nuevo tipo de grafeno-el catalizador basado era más duradero que los catalizadores disponibles comercialmente y combinaba con su rendimiento.
Las celdas de combustible de hidrógeno convierten la energía química en energía eléctrica mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno con la ayuda de catalizadores. Como el único subproducto de la reacción es el agua, proporcionan una fuente de energía eficiente y respetuosa con el medio ambiente.
El platino es el catalizador más utilizado para estas celdas de combustible, pero su alto costo es un gran problema para la comercialización de celdas de combustible de hidrógeno. Para abordar este problema, los catalizadores comerciales generalmente se hacen decorando pequeñas nanopartículas de platino en un carbono más baratosin embargo, la poca durabilidad del material reduce en gran medida la vida útil de las celdas de combustible actuales.
Investigaciones anteriores han sugerido que el grafeno podría ser un material de soporte ideal para las celdas de combustible debido a su resistencia a la corrosión, su gran área superficial y su alta conductividad. Sin embargo, el grafeno utilizado en la mayoría de los experimentos hasta la fecha contiene muchos defectos, lo que significa queAún no se ha logrado una resistencia mejorada.
La técnica descrita en el estudio produce grafeno de alta calidad decorado con nanopartículas de platino en una síntesis de un recipiente. Este proceso podría ampliarse para la producción en masa, abriendo el uso de catalizadores basados en grafeno para aplicaciones de energía generalizadas.
El profesor Dan Brett, profesor de ingeniería electroquímica en UCL, dijo: "Satisfacer las demandas mundiales de energía sin dañar el medio ambiente es uno de los grandes desafíos modernos. Las celdas de combustible de hidrógeno pueden proporcionar energía más limpia y ya se utilizan en algunos automóviles como alternativa agasolina o diésel. Sin embargo, una gran barrera para su comercialización generalizada es la capacidad de los catalizadores para resistir los ciclos extensivos requeridos para su uso en aplicaciones de energía. Hemos demostrado que al usar grafeno en lugar del típico carbono amorfo como material de soporte podemoscrear catalizadores ultra duraderos "
Los investigadores confirmaron la durabilidad del catalizador a base de grafeno utilizando un tipo de prueba basada en las recomendadas por el Departamento de Energía de los Estados Unidos DoE, conocidas como pruebas de estrés acelerado. Las pruebas de estrés acelerado estresan deliberadamente el catalizador rápidamente durante muchos ciclos enun corto espacio de tiempo, lo que permite a los científicos evaluar la estabilidad de los nuevos materiales sin tener que usarlos en una celda de combustible operativa durante un período de meses o años.
Al usar estas pruebas, los científicos mostraron que la pérdida de actividad durante el mismo período de prueba fue alrededor de un 30% menor en el catalizador a base de grafeno recientemente desarrollado, en comparación con los catalizadores comerciales.
Gyen Ming Angel, estudiante de doctorado y autor principal del estudio, de UCL, dijo: "El DoE establece pruebas y objetivos para la durabilidad de la pila de combustible, con una prueba de esfuerzo acelerada para simular condiciones normales de operación y otra para simular los altos voltajes experimentadosal encender y apagar la celda de combustible. La mayoría de los estudios de investigación en el espacio de grafeno solo evalúan el uso de una de las pruebas recomendadas. Sin embargo, dado que tenemos grafeno de alta calidad en nuestro material, hemos logrado lograr una alta durabilidad en ambas pruebas ybajo largos períodos de prueba, lo cual es importante para la comercialización futura de estos materiales. Esperamos incorporar nuestro nuevo catalizador a la tecnología comercial y aprovechar las ventajas de las celdas de combustible de mayor duración ".
El grafeno está hecho de una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. A pesar de su estructura relativamente simple, se cree que el grafeno tiene propiedades notables que incluyen alta conductividad eléctrica, alta transparencia y alta flexibilidad.
El Dr. Patrick Cullen, profesor de Energía Renovable de la Universidad Queen Mary de Londres, dijo: "A lo largo de los años, ha habido mucha publicidad sobre el grafeno y la gran cantidad de aplicaciones prometedoras para este material. Sin embargo, la comunidad investigadora estátodavía esperando que se desarrolle todo su potencial, y esto ha llevado a cierta negatividad en torno a este 'material maravilloso' propuesto. Esta opinión no se ve favorecida por el hecho de que muchos estudios de investigación sobre el grafeno usan versiones defectuosas del grafeno. Esperamos que estoel papel puede restaurar la fe en el grafeno y mostrar que este material tiene un gran potencial para mejorar la tecnología, como las pilas de combustible, ahora y en el futuro ".
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