Un nuevo catalizador desarrollado en Brown combina una capa exterior de átomos de platino con capas ordenadas de átomos de platino y cobalto en su núcleo. Las capas ordenadas ayudan a tensar la carcasa y a proteger el cobalto, lo que hace que el catalizador sea más reactivo y duradero, lo que aumenta la vida de la pila de combustible de hidrógeno.
Un equipo de científicos de la Universidad de Brown ha desarrollado un nuevo catalizador que podría hacer que los vehículos de pila de combustible de hidrógeno sean más baratos y competitivos.
Esta nueva tecnología está basada en nano-partículas de una aleación de platino y cobalto, para un nuevo catalizador que no es sólo más económico que el platino puro, sino que también es más eficiente y duradero.
Las células de combustible de hidrógeno prometen vehículos que, con la infraestructura adecuada, combinan las emisiones cero de los coches eléctricos con la autonomía y la libertad de los combustibles fósiles convencionales.
Sin embargo, para que las células de combustible funcionen, necesitan un catalizador para facilitar la reacción de reducción de oxígeno.
Las pilas de combustible contienen una membrana de intercambio de protones (PEMFC) con hidrógeno en un lado y aire que contiene oxígeno en otro. En la reacción de reducción de oxígeno para generar electricidad, el problema es que, para que la reacción funcione es necesario un catalizador. En caso contrario, el obstáculo energético es muy grande.
El platino es el principal catalizador, pero es un material caro, poco eficiente y propenso a las impurezas.
De acuerdo con el investigador principal Junrui Li , la aleación de platino con metales como cobalto es más barato y hace que el catalizador sea más eficaz, pero el metal de base se oxida rápidamente en condiciones adversas.
Para evitar esto, el equipo de la Universidad de Brown creó nano-partículas que consistía en una capa externa de platino puro y un interior construido por capas alternadas de átomos de platino y cobalto.
Estas capas intensifican las capacidades reactivas del platino al mismo tiempo que impiden que los átomos se escapen en la reacción, aumentando el tiempo de vida del elemento catalizador.
“La disposición de los átomos en la capa del núcleo ayuda a suavizar y apretar la red de platino en la capa exterior”, dijo Shouheng. “Esto aumenta la reactividad del platino y al mismo tiempo protege los átomos de cobalto de ser consumidos durante la reacción. Es por eso que estas partículas tienen un rendimiento muy superior a las partículas de aleación con disposiciones aleatorias de los átomos de metal.”
Las pruebas de las nuevas nano-partículas catalíticas muestran que ya han superado al platino y se ha mantenido activas después de 30.000 ciclos de voltaje – un punto en el platino cae dramáticamente.
Sin embargo, el equipo subraya que lo que ocurre en un banco de laboratorio es diferente de lo que ocurre dentro de una celda de combustible con mayor temperatura y acidez.
El nuevo catalizador fue enviado al Laboratorio Nacional Los Alamos para pruebas adicionales dentro de una pila de combustible real.
El equipo dice que las pruebas indican que el nuevo catalizador supera los objetivos establecidos por el Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) para la actividad inicial y la durabilidad a largo plazo, con una actividad inicial de 0,56 amperios por miligramo y una actividad después de 30.000 ciclos (equivalente a cinco años dentro de una celda de combustible) de 0,45 amperios.
Incluso después de 30.000 ciclos, nuestro catalizador aún superó el objetivo del DOE para la actividad inicial. Este tipo de rendimiento en un entorno de celda de combustible del mundo real es realmente prometedor.
El trabajo de investigación sobre este tipo de catalizador continuará y ya ha originado una solicitud provisional de patente.
Sólo falta probar la nueva aleación de cobalto y platino en condiciones reales. Si es posible replicar la experiencia de laboratorio de la Universidad Brown en el mundo real.
