Un equipo de científicos de la Universidad de Nueva Gales del Sur (UNSW) de Sydney trabaja para mejorar la eficiencia y el costo de las pilas de combustible de hidrógeno con el fin de aumentar el acceso a combustibles limpios.
Uno de los principales retos a los que se enfrentan es el elevado costo y la limitada disponibilidad del catalizador de platino utilizado en las pilas de combustible de hidrógeno, por lo que uno de los objetivos es encontrar alternativas a dicho catalizador, que sean más rentables y fáciles de conseguir.
Hay varios factores que los científicos, entre ellos el profesor Chuan Zhao, el Dr. Quentin Meyer y el Sr. Shiyang Liu, de la Facultad de Química de la UNSW, intentan resolver para aumentar la viabilidad comercial de las pilas de combustible de hidrógeno.
En un reciente estudio publicado en Energy & Environmental Science, el equipo de la UNSW ha desarrollado un novedoso proceso para comprobar la durabilidad y estabilidad de las alternativas al platino.
Según el comunicado, los investigadores están explorando alternativas, como el hierro, que es mucho más barato, pero la estabilidad es preocupante, ya que se descomponen a mayor velocidad en las pilas de combustible de hidrógeno.
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El problema
«Básicamente, hay dos lados: un ánodo y un cátodo. En un lado (ánodo) hay hidrógeno y en el otro (cátodo) oxígeno, y los catalizadores hacen que se produzcan las dos reacciones», indica Meyer.
El platino, que forma la capa intermedia esencial de una pila de combustible, cuesta entre 45.000 y 100.000 dólares australianos por kilo (30.000 a 65.000 dólares estadounidenses).
Además, las nuevas alternativas al platino no están muy extendidas porque no son tan estables como él y se descomponen más rápidamente en las pilas de combustible de hidrógeno.
«Mientras que las pilas de combustible de platino pueden durar hasta 40.000 horas (unos 4 años y medio), las de hierro, nitrógeno y carbono solo pueden funcionar 300 horas (dos semanas) en el mejor de los casos», explica el Dr. Quentin Meyer.
La investigación
Para el equipo, la respuesta a los problemas existentes en este campo era desarrollar un método que permitiera entender por qué algunos materiales catalizadores no son tan estables como el platino.
«Utilizando tres métodos novedosos que hemos probado en el laboratorio, podemos averiguar rápidamente lo estable que es nuestra pila de combustible sin platino y, lo que es más importante, entender por qué», afirmó el profesor Zhao.
Con estas técnicas, el equipo descubrió que hasta el 75% de los puntos activos basados en hierro (los espacios específicos donde se producen las reacciones) se vuelven inactivos en las primeras 10 horas de funcionamiento de la pila de combustible, debido a la pérdida de puntos activos de hierro. Luego, la corrosión por carbono se convierte en el mecanismo de degradación predominante.
«Esto es especialmente importante, ya que podemos determinar exactamente qué ocurre y cuándo. Si desarrollamos un material con puntos activos más estables, veremos una degradación más lenta en las primeras 10 horas, mientras que la corrosión por carbono puede tener una tendencia similar», explicó el Dr. Meyer.
«Al permitir un seguimiento preciso de los mecanismos de degradación, esperamos que el campo de la investigación pueda fabricar nuevos materiales dirigidos a estos problemas de estabilidad. Como resultado, creemos que nuestro enfoque ayudará a mejorar la estabilidad de los catalizadores sin platino y dará a este campo un futuro más brillante», indicó el científico.
Los investigadores se centran ahora en combinar distintos metales para aumentar la estabilidad de los catalizadores. También están trabajando para aumentar la producción de catalizadores sin platino de bajo coste para aplicaciones reales como la alimentación de dispositivos y el transporte.
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