211service.com
Pila de combustible sin platino
Las pilas de combustible son, en principio, la forma más eficiente de convertir el combustible de hidrógeno en electricidad. Pero requieren catalizadores costosos como el platino para dividir el hidrógeno en iones y corriente eléctrica. Los metales más baratos simplemente no pueden soportar el duro ambiente ácido de la celda de combustible. Ahora, investigadores en China han desarrollado una celda de combustible que utiliza un nuevo material de membrana para operar en condiciones alcalinas, eliminando la necesidad de un catalizador costoso. La potencia de salida del nuevo prototipo, que utiliza níquel como catalizador, sigue siendo relativamente baja, pero proporciona una primera demostración de una pila de combustible potencialmente mucho menos cara.
Polímero de poder: Un nuevo polímero, que se muestra en forma de polvo en esta foto, se puede usar para fabricar membranas de celdas de combustible estables que conduzcan iones cargados negativamente.
Las pilas de combustible convencionales constan de dos electrodos recubiertos con un catalizador de platino que divide el combustible de hidrógeno en iones y electrones de hidrógeno ácidos. Los electrodos están separados por una membrana de polímero que conduce iones de hidrógeno ácidos de un lado al otro, creando una corriente eléctrica externa. La nueva pila de combustible, desarrollada por investigadores dirigidos por Lin Zhuang , profesor de química en la Universidad de Wuhan, en Wuhan, China, utiliza una nueva membrana que conduce iones alcalinos llamados grupos hidroxilo. Las pilas de combustible alcalinas funcionan haciendo reaccionar hidrógeno y oxígeno para crear iones hidroxilo y agua, una reacción catalizada en la pila de combustible de la Universidad de Wuhan por el ánodo de níquel. Los iones hidroxilo se conducen a través de la membrana del polímero, generando una corriente eléctrica externa.
La mayoría de los investigadores se han centrado en las pilas de combustible ácidas porque ya se han desarrollado membranas que funcionan bien en tales condiciones. Una membrana estable conductora de hidroxilo ha sido el santo grial de la electroquímica, dice Robert Savinell , profesor de ingeniería química en la Universidad Case Western Reserve, en Cleveland. Una membrana de este tipo permitiría a los investigadores construir pilas de combustible y baterías que no requieren catalizadores de metales preciosos, pero pueden utilizar otros más baratos como el níquel.
El polímero de Zhuang es comparable en estructura al polímero altamente conductor Nafion que se utiliza en las pilas de combustible ácidas convencionales. Puede resultar menos costoso que Nafion, que debe estar reforzado con grupos flúor para protegerlo de las condiciones ácidas. Otros investigadores están trabajando para mejorar la producción de energía y reducir el costo de las celdas de combustible ácidas mediante el desarrollo de alternativas a Nafion, pero estas celdas aún requieren catalizadores costosos.
El grupo de Zhuang demostró la nueva membrana en una celda de combustible alcalina que utiliza un cátodo de plata y un ánodo de níquel que separa hidrógeno como catalizador. Los catalizadores de níquel utilizados en las pilas de combustible alcalinas desarrolladas anteriormente no eran muy eficientes porque se oxidaban rápidamente, por lo que las pilas de combustible alcalinas han utilizado los mismos catalizadores de platino que sus homólogos ácidos. Los investigadores de Wuhan crearon un ánodo recubierto con nanopartículas de níquel decoradas con cromo que es más tolerante a la oxidación que los catalizadores de níquel anteriores.
La producción de energía de la nueva celda de combustible, alrededor de 50 milivatios por centímetro cuadrado a 60 ºC, es modesta. Pero como la primera demostración de una pila de combustible alcalina que no requiere catalizadores metálicos caros, es una importante prueba de principio, dicen los investigadores. Las pilas de combustible tienen un largo camino por recorrer en términos de eficiencia, estabilidad a largo plazo y gastos, dice Frank DiSalvo , profesor de ciencias físicas en la Universidad de Cornell, en Ithaca, Nueva York. Este trabajo mejora el conjunto de herramientas de investigación de materiales que podemos explorar para ver si podemos cumplir con la eficiencia de las pilas de combustible, dice.
Zhuang dice que él y su grupo están trabajando para mejorar la producción de energía de la celda afinando aún más el catalizador y la membrana. También deberán demostrar la estabilidad a largo plazo de la célula. Creemos que pronto se realizarán catalizadores con mayor actividad y menor costo, dice.