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La nueva tecnología puede reducir el coste de los coches de hidrógeno

Una nueva tecnología basada en nanopartículas permitirá reducir el coste del platino y prolongar la vida útil de las pilas 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 celdas de combustible a hidrógeno sean más económicos.

Esta nueva tecnología se basa en nanopartículas hechas de una aleación de platino y cobalto, el nuevo catalizador no sólo es más económico que el platino puro, sino que también es más eficiente y duradero.

Las pilas de combustible de hidrógeno prometen vehículos que, con la infraestructura adecuada, combinan la ecología de los coches eléctricos con la autonomía y libertad de los combustibles fósiles convencionales.

Sin embargo, para que las celdas de combustible funcionen, necesitan un catalizador para facilitar la reacción crítica de reducción de oxígeno.

Las pilas de combustible contienen una membrana de intercambio de protones (PEM) con hidrógeno por un lado y aire que contiene oxígeno por el otro. Los electrones son removidos de los átomos de hidrógeno y absorbidos por los átomos de oxígeno en la llamada reacción de reducción de oxígeno para generar electricidad.

Reacción de la pila de combustible

El problema es que para que la reacción funcione se necesita un catalizador. De lo contrario, el obstáculo energético es demasiado grande.

El platino es el catalizador principal, pero el elemento es caro, ineficiente y propenso a envenenar las impurezas de las moléculas de platino, evitando reacciones.

Según el líder del equipo Junrui Li , la aleación de platino con metales como el cobalto es más barata y hace que el catalizador sea más eficiente, pero el metal base se oxida rápidamente dentro de condiciones adversas de celdas de combustible.

Para evitar esto, el equipo de la Universidad de Brown creó nanopartículas que consisten en una capa externa de platino puro y un interior construido alternando capas de átomos de platino y cobalto.

Estas capas intensifican las capacidades reactivas del platino a la vez que evitan que los átomos escapen en reacción, aumentando la vida útil del elemento catalizador.

Video de TOYOTA sobre la operación de un vehículo de celda de combustible

«La disposición en capas de los átomos en el núcleo ayuda a alisar y tensar la red de platino en la capa exterior» , dice Shouheng Sun, profesor de química. «Esto aumenta la reactividad del platino y al mismo tiempo protege a los átomos de cobalto de ser consumidos durante una reacción. Por eso estas partículas tienen un rendimiento muy superior al de las partículas de aleación con arreglos aleatorios de átomos metálicos».

Las pruebas de nuevas nanopartículas catalíticas muestran que ya han superado al platino y se han mantenido activas después de 30.000 ciclos de tensión – un punto en el que el platino cae radicalmente.

Sin embargo, el equipo señala que lo que sucede en una mesa de laboratorio es diferente de lo que sucede dentro de una celda de combustible con mayor temperatura y acidez.

El nuevo catalizador fue enviado al Laboratorio Nacional de Los Álamos para pruebas adicionales dentro de una celda de combustible real.

El equipo afirma que las pruebas indican que el nuevo catalizador excede los objetivos establecidos por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) para la actividad inicial y 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 excedió el objetivo del DOE para la actividad inicial. Este tipo de desempeño en un ambiente de celdas de combustible del mundo real es realmente prometedor.

Proseguirá la labor de investigación sobre este tipo de catalizador, que ya ha dado lugar a una solicitud provisional de patente.

Todo lo que queda es probar el nuevo cobalto y la aleación de platino en condiciones reales. Si la experiencia de laboratorio de la Universidad Brown puede ser replicada en el mundo real, se alcanzará un hito muy importante, ya que acelerará el desarrollo de los automóviles propulsados por hidrógeno.

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