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Un diseño líquido para pilas de combustible más económicas
El platino sigue siendo el mejor material para acelerar las reacciones químicas en las pilas de combustible de hidrógeno, aunque la escasez y el costo de este elemento impiden que las pilas de combustible sean más asequibles y prácticas. La mayoría de los enfoques alternativos implican simplemente reemplazar el platino en los electrodos. Ahora una empresa del Reino Unido llamada Energía ACAL ha revisado el diseño de la celda de combustible para reducir la cantidad de platino utilizado en un 80 por ciento.
Diseño liquido : Dentro de las pilas de pilas de combustible de ACAL Energy, el cátodo se reemplaza con una solución de catalizador sin platino, lo que podría reducir los costos en un 40 por ciento.
En una pila de combustible convencional, el platino está incrustado en electrodos de carbono poroso. El diseño de ACAL reemplaza esto con una solución que contiene molibdeno y vanadio de bajo costo como catalizador. La celda de combustible resultante funciona tan bien como una convencional, pero debería costar un 40 por ciento menos, dice la compañía.
ACAL dice que su diseño proporciona densidades de potencia de 600 milivatios por centímetro cuadrado a 0,6 voltios. El valor de referencia para las pilas de combustible de automoción es de 900 milivatios por centímetro cuadrado, dice Hubert Gasteiger , profesor invitado de ingeniería mecánica en el MIT. ACAL también afirma que su celda de combustible funciona sin presión; agregar presión debería aumentar aún más la densidad de potencia.
La densidad de potencia del nuevo sistema podría alcanzar 1,5 vatios por centímetro cuadrado, dice Andrew Creeth, cofundador y director de tecnología de ACAL. Creemos que nos estamos acercando a un producto comercializable, dice.
La compañía ya ha fabricado un sistema de un kilovatio que tiene la intención de vender a clientes selectos el próximo año, y las celdas de combustible deberían estar disponibles más ampliamente en 2011. El plan es apuntar primero al mercado de generadores diesel con uno a 10- kW, luego pase a aplicaciones más grandes, como la generación de energía doméstica y los automóviles eléctricos.
El platino en una celda de combustible de membrana de polímero, la mejor opción para generadores y automóviles eléctricos, divide el hidrógeno en iones y electrones en el ánodo, y ayuda a que estos se combinen con el oxígeno en el cátodo para formar agua. Pero el platino tiene un suministro limitado, con un costo promedio de $ 1,200 la onza durante los últimos tres años. Y es probable que el precio se dispare si el platino se utiliza mucho en las pilas de combustible, añade. Douglas MacFarlane , profesor de química en la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, que también está desarrollando catalizadores de pila de combustible alternativos.
Las pilas de combustible actuales utilizan 0,5 gramos de platino por cada kilovatio de energía que generan, dice Gasteiger, pero el objetivo a largo plazo es utilizar menos de 0,2 gramos de platino por cada kilovatio.
Muchos grupos de investigación están en la carrera para fabricar pilas de combustible que utilicen poco o nada de platino; el método más común es sustituir el platino por un metal de bajo costo. Se han probado catalizadores a base de hierro y mezclas de platino-paladio, y MacFarlane ha fabricado electrodos porosos recubiertos con polímeros. Otros, como Japón Daihatsu e investigadores de la Universidad de Wuhan en China, están fabricando pilas de combustible alcalinas que tienen membranas que conducen iones alcalinos en lugar de ácidos. Estos diseños funcionan bien con catalizadores baratos como el níquel y no requieren catalizadores de metales preciosos. Pero todas estas alternativas de platino tienen inconvenientes: normalmente dan densidades de corriente bajas o su rendimiento se degrada después de unos cientos de horas.
El catalizador de ACAL Energy se basa en una mezcla de bajo costo de molibdeno y vanadio, y la membrana de polímero de la celda de combustible está en contacto directo con este cátodo líquido. Alrededor del 80 por ciento del platino utilizado en una celda convencional se encuentra en el cátodo, todo lo cual se elimina en el nuevo diseño.
Creeth dice que el nuevo catalizador es estable y puede soportar las condiciones ácidas en la celda de combustible. En las pruebas de la empresa, las pilas de combustible funcionaron bien durante más de 1.500 horas. El diseño tiene otras ventajas que reducen los costos, dice. Si bien las pilas de pilas de combustible convencionales deben enfriarse con líquido o aire que fluya, y también necesitan un sistema para humidificar la membrana, el catalizador líquido elimina la necesidad de ambos. Creemos que el nuestro es el sistema sin platino de mejor rendimiento, dice Creeth.