Las nanopartículas de limpieza podrían hacer realidad los vehículos con pila de combustible
Un nuevo material evita que los catalizadores baratos se degraden
Ingenieros de la Universidad de Illinois Chicago forman parte de un equipo de colaboración que ha desarrollado un material que podría dar a los sistemas de pilas de combustible una ventaja competitiva sobre los sistemas de baterías que actualmente alimentan la mayoría de los vehículos eléctricos.
Imagen simbólica
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A diferencia de las baterías de litio, la tecnología de las pilas de combustible se basa en reacciones químicas impulsadas por catalizadores para crear energía. Las baterías de litio suelen alcanzar una autonomía de 100-300 millas con una sola carga, pero también son vulnerables al alto coste de los materiales del cátodo y de la fabricación y requieren varias horas de carga. Por otro lado, los sistemas de pilas de combustible aprovechan elementos abundantes como el oxígeno y el hidrógeno y pueden alcanzar más de 400 millas con una sola carga, que puede realizarse en menos de cinco minutos. Por desgracia, los catalizadores utilizados para alimentar sus reacciones están hechos de materiales demasiado caros (por ejemplo, el platino) o que se degradan con demasiada rapidez para ser prácticos.
Hasta ahora. Con el desarrollo del nuevo material aditivo, los científicos pueden hacer más duradero un catalizador barato para pilas de combustible de hierro, nitrógeno y carbono. Cuando se añade a las reacciones químicas, el material aditivo protege los sistemas de pilas de combustible de dos de sus subproductos más corrosivos: partículas inestables como átomos, moléculas o iones llamados radicales libres y peróxido de hidrógeno. Los resultados de sus experimentos se publican en la revista científica Nature Energy.
Reza Shahbazian-Yassar, catedrático de ingeniería mecánica e industrial de la Facultad de Ingeniería de la UIC, y sus colegas utilizaron técnicas avanzadas de obtención de imágenes para investigar las reacciones con el material, un aditivo compuesto por nanopartículas de óxido de tantalio y titanio que eliminan y desactivan los radicales libres. Las imágenes de alta resolución de las estructuras atómicas permitieron a los científicos definir los parámetros estructurales necesarios para que el aditivo funcione.
"En nuestro laboratorio, podemos utilizar la microscopía electrónica para capturar imágenes muy detalladas de resolución atómica de los materiales en diversas condiciones de servicio", dijo la coautora del estudio, Shahbazian-Yassar. "A través de nuestras investigaciones estructurales, aprendimos lo que ocurría en la estructura atómica de los aditivos y pudimos identificar el tamaño y las dimensiones de las nanopartículas de barrido, la proporción de tantalio y el óxido de titanio. Esto nos llevó a comprender el estado correcto de la aleación en solución sólida necesaria para que el aditivo proteja la pila de combustible contra la corrosión y la degradación".
Los experimentos revelaron que se requiere una solución sólida de tántalo y óxido de titanio y que las nanopartículas deben tener unos cinco nanómetros. Los experimentos también revelaron que se necesita una proporción de 6 a 4 de tantalio y óxido de titanio.
"La proporción es la clave de las propiedades de barrido de radicales del material de nanopartículas y la solución en estado sólido ayudó a mantener la estructura del medio", dijo Shahbazian-Yassar.
Los experimentos demostraron que cuando se añadía el material de nanopartículas secuestradoras a las reacciones de los sistemas de pilas de combustible, la producción de peróxido de hidrógeno se suprimía a menos del 2% -una reducción del 51%- y el deterioro de la densidad de corriente de las pilas de combustible se reducía del 33% a sólo el 3%.
"Las pilas de combustible son una alternativa atractiva a las baterías por su mayor autonomía, su capacidad de recarga rápida, su menor peso y su menor volumen, siempre que podamos encontrar formas más económicas de separar y almacenar el hidrógeno", dijo Shahbazian-Yassar. "En este artículo, informamos sobre un enfoque que nos acerca mucho más a hacer realidad los vehículos impulsados por pilas de combustible y otras tecnologías de pilas de combustible".
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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