Un grupo de investigadores de la Universidad de Hong Kong han ha desarrollado un revolucionario avance para la pila de combustible de hidrógeno, al crear el cátodo de hierro, que consigue aumentar la duración de la pila de cerámica protónica.

Aunque la pila de combustible se inventó se hace muchas décadas (aquí repasamos la historia del hidrógeno aplicado al automóvil) no ha sido hasta los últimos años que ha experimentado un notable desarrollo. Ahora, desde Hong Kong, nos llega este avance que puede aumentar su rendimiento: el cátodo de hierro.

La pila de combustible genera electricidad a partir de la energía química que proporciona el hidrógeno y otros gases, mediante un proceso bastante eficiente y limpio. El inconveniente está en que algunos componentes, como el cátodo, están fabricados con materiales muy caros y contaminantes, como el cobalto.

Sin embargo, un grupo de investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong ha desarrollado un revolucionario avance, al crear el cátodo de hierro, que consigue aumentar la duración de la pila de cerámica protónica.

Como recogen los compañeros de Motor.es, este tipo de pila de combustible (PCFC) se basa en electrolitos cerámicos conductores de protones y tienen la ventaja de producir bajas emisiones contaminantes y proporcionar una alta eficiencia. Además, funcionan no solo con hidrógeno, sino también con otros gases, como el amoníaco, el biogás y el metano.

Las pilas de tipo PCFC no han tenido un gran éxito comercial, debido a la falta de materiales de cátodo de alto rendimiento y bajo coste. Pero este descubrimiento puede cambiarlo todo.

Actualmente, los materiales de cátodo más utilizados son las perovskitas a base de cobalto, porque el cobalto disminuye y aumenta fácilmente su número de oxidación, dando como resultado una actividad de reacción de reducción de oxígeno superior, fundamental para el rendimiento del cátodo.

Por tanto, hay que encontrar un material que reemplace al cobalto. En este sentido, el hierro se encuentra cerca del cobalto en la tabla periódica y, además de compartir muchas propiedades con aquel, también es mucho más barato.

Pero los materiales a base de hierro suelen ser peores catalizadores, mermando así el rendimiento. ¿Entonces, cómo hacer?

Alta densidad de potencia y estabilidad operativa

Los científicos de la Universidad de Hong Kong combinaron simulaciones de primer principio, análisis de orbitales moleculares y experimentos para diseñar cerámicas nuevas y económicas a base de bario, hierro y circonio. El resultado fue una pila PCFC con un rendimiento superior.

Mediante la optimización guiada por computadora, el Ba0.875Fe0.875Zr0.125O3-δ (D-BFZ) se identificó como el material de cátodo más prometedor. Después de varios experimentos, demostraron que el D-BFZ tiene una gran actividad electroquímica para reaccionar con oxígeno, logrando una alta densidad de potencia máxima y una excelente estabilidad operativa.

Además, el D-BFZ se puede producir utilizando técnicas de síntesis simples y adecuadas para la producción en masa, lo que es un paso importante hacia la realización de PCFC comercialmente viables.

Como señaló el director del proyecto, el profesor Ciucci, “si se usan de forma reversible, los PCFC, tendrán un tremendo impacto en sectores difíciles de descarbonizar, como la siderurgia, la producción de amoníaco y el transporte pesado”.

Fuente: autobild.es