Químicos de Cornell han descubierto una clase de derivados de metales no preciosos que pueden catalizar reacciones de pilas de combustible tan bien como el platino, a una fracción del costo.
Este hallazgo acerca un futuro en el que las pilas de combustible de hidrógeno alimentan eficientemente automóviles, generadores e incluso naves espaciales con emisiones mínimas de gases de efecto invernadero, según los autores, que publican resultados en Science Advances.
“Estos metales menos costosos permitirán un mayor despliegue de pilas de combustible de hidrógeno”, dijo en un comunicado Héctor D. Abruña, profesor en el Departamento de Química y Biología Química de la Facultad de Artes y Ciencias de la Universidad de Cornell. “Nos alejarán de los combustibles fósiles y nos acercarán a las fuentes de energía renovable”.
Las pilas de combustible de hidrógeno, que convierten el hidrógeno directamente en electricidad con solo agua y una pequeña cantidad de calor como subproductos, son alternativas renovables prometedoras a los combustibles fósiles en automóviles.
Una parte crítica de la pila de combustible es la reacción de reducción de oxígeno (ORR), un proceso lento que tradicionalmente se acelera con platino y otros metales preciosos. Un catalizador modelo, el platino conduce la electricidad, cataliza las reacciones más temperamentales con aplomo y es lo suficientemente resistente como para sobrevivir en el ambiente ácido y duro de una pila de combustible. Pero puede ser prohibitivamente caro.
Últimamente, sin embargo, las pilas de combustible alcalinas más indulgentes han ganado prominencia, lo que plantea la posibilidad de que los metales menos costosos, una vez descartados por su vulnerabilidad a los ambientes ácidos, puedan reemplazar al platino en estas pilas de combustible de próxima generación más suaves.
Abruña y su equipo se propusieron diseñar un material económico, apto para una pila de combustible alcalina, que conduciría la electricidad y catalizaría la reacción ORR con la misma eficiencia que el platino.
Los nitruros de metales de transición (TMN) eran una opción obvia. Una clase de compuestos derivados del cobalto, el manganeso, el hierro y otros metales de transición, los TMN conducen la electricidad y, cuando se exponen al aire, tienden a formar una fina capa exterior a base de oxígeno que proporciona una superficie perfecta para catalizar reacciones químicas. Después de sintetizar una familia de TMN con núcleos de nitruro conductivo y capas de óxido reactivo, el equipo probó cada catalizador candidato en un modelo de celda de combustible de hidrógeno.
Los candidatos a base de manganeso y hierro tuvieron resultados sólidos. Pero el catalizador de nitruro de cobalto fue “el claro ganador”, dijo Abruña, con una eficiencia casi idéntica al platino y costando 475 veces menos a 2 de febrero.
Esos ahorros pueden ayudar a que finalmente las celdas de combustible de hidrógeno salgan del laboratorio y se conviertan en la corriente principal. Si son asequibles, las celdas de combustible podrían reemplazar los motores de combustión y las baterías de los automóviles con una alternativa sostenible que, alimentada con una dieta constante de hidrógeno, nunca necesita recargarse y desperdicia tan solo el 10 % de la energía necesaria para que funcione. En comparación, un motor de automóvil típico desperdicia alrededor del 75% de su energía.
“Las pilas de combustible de hidrógeno son enormemente poderosas, lo que le permite funcionar con una eficiencia que simplemente no existe para los motores más tradicionales”, dijo Abruña. “La gente reconoce que las pilas de combustible son el camino a seguir. El truco está en diseñar catalizadores estables y asequibles que lo hagan todo posible”.
Fuente: europapress.es