24.07.2020 - Queen Mary, University of London

Se ha desarrollado un nuevo material para células de combustible de mayor duración

Una nueva investigación sugiere que el grafeno podría ser usado para hacer celdas de combustible de hidrógeno más duraderas para los autos

En el estudio, publicado en la revista Nanoscale, los científicos produjeron grafeno mediante una técnica especial y escalable y lo utilizaron para desarrollar catalizadores para pilas de combustible de hidrógeno. El equipo de investigación, en el que participaron científicos de la Universidad Queen Mary de Londres y del University College London (UCL), mostró que este nuevo tipo de catalizador basado en grafeno era más duradero que los catalizadores disponibles en el mercado y que igualaba su rendimiento.

Las pilas de combustible de hidrógeno convierten la energía química en energía eléctrica mediante la combinación de hidrógeno y oxígeno con la ayuda de catalizadores. Como el único subproducto de la reacción es el agua, proporcionan una fuente de energía eficiente y respetuosa con el medio ambiente.

El platino es el catalizador más utilizado para estas pilas de combustible, pero su alto costo es un gran problema para la comercialización de las pilas de combustible de hidrógeno. Para abordar este problema, los catalizadores comerciales se suelen fabricar decorando minúsculas nanopartículas de platino en un soporte de carbono más barato, sin embargo, la escasa durabilidad del material reduce en gran medida la vida útil de las actuales pilas de combustible.

Investigaciones anteriores han sugerido que el grafeno podría ser un material de soporte ideal para las pilas de combustible debido a su resistencia a la corrosión, su gran superficie y su alta conductividad. Sin embargo, el grafeno utilizado en la mayoría de los experimentos hasta la fecha contiene muchos defectos, lo que significa que la resistencia mejorada prevista no se ha logrado todavía.

La técnica descrita en el estudio produce grafeno de alta calidad decorado con nanopartículas de platino en una síntesis de un solo punto. Este proceso podría ampliarse para la producción en masa, lo que abriría el uso de catalizadores basados en grafeno para aplicaciones energéticas de gran alcance.

El profesor Dan Brett, profesor de ingeniería electroquímica de la UCL, dijo: "Satisfacer las demandas globales de energía sin dañar el medio ambiente es uno de los grandes retos modernos. Las células de combustible de hidrógeno pueden proporcionar una energía más limpia y ya se utilizan en algunos automóviles como alternativa a la gasolina o el gasóleo. Sin embargo, una gran barrera para su comercialización generalizada es la capacidad de los catalizadores para soportar los extensos ciclos necesarios para su uso en aplicaciones energéticas. Hemos demostrado que usando grafeno en lugar del típico carbono amorfo como material de soporte podemos crear catalizadores ultra-duraderos".

Los investigadores confirmaron la durabilidad del catalizador basado en grafeno utilizando un tipo de prueba basada en las recomendadas por el Departamento de Energía de los Estados Unidos (DoE), conocidas como pruebas de esfuerzo acelerado. Las pruebas de esfuerzo acelerado estresan deliberadamente el catalizador rápidamente durante muchos ciclos en un corto espacio de tiempo, permitiendo a los científicos evaluar la estabilidad de los nuevos materiales sin tener que utilizarlos en una pila de combustible operativa durante un período de meses o años.

Utilizando estas pruebas, los científicos demostraron que la pérdida de actividad durante el mismo período de prueba era alrededor de un 30% menor en el catalizador basado en grafeno recientemente desarrollado, en comparación con los catalizadores comerciales.

Gyen Ming Angel, estudiante de doctorado y autor principal del estudio, de la UCL, dijo: "El DoE establece pruebas y objetivos para la durabilidad de la pila de combustible, con una prueba de esfuerzo acelerado para simular las condiciones normales de operación y otra para simular los altos voltajes experimentados al arrancar y apagar la pila de combustible. La mayoría de los estudios de investigación en el espacio de los grafenos sólo evalúan usando una de las pruebas recomendadas. Sin embargo, como tenemos grafeno de alta calidad en nuestro material, hemos conseguido una alta durabilidad tanto en las pruebas como en los largos períodos de prueba, lo que es importante para la futura comercialización de estos materiales. Esperamos poder incorporar nuestro nuevo catalizador a la tecnología comercial y aprovechar las ventajas de las pilas de combustible de mayor duración".

El grafeno está hecho de una sola capa de átomos de carbono dispuestos en una red hexagonal. A pesar de su estructura relativamente simple, se cree que el grafeno tiene propiedades notables, incluyendo una alta conductividad eléctrica, alta transparencia y alta flexibilidad.

El Dr. Patrick Cullen, profesor de energía renovable de la Universidad Queen Mary de Londres, dijo: "A lo largo de los años, ha habido mucha publicidad en torno al grafeno y al gran número de aplicaciones prometedoras de este material. Sin embargo, la comunidad de investigadores sigue esperando que se realice todo su potencial, y esto ha llevado a cierta negatividad en torno a este propuesto 'material milagroso'. Esta opinión no se ve favorecida por el hecho de que muchos estudios de investigación sobre el grafeno utilizan versiones defectuosas del mismo. Esperamos que este trabajo pueda restaurar la fe en el grafeno y mostrar que este material tiene un gran potencial para mejorar la tecnología, como las células de combustible, ahora y en el futuro".

  • Gyen Ming A. Angel, Noramalina Mansor, Rhodri Jervis, Zahra Rana, Chris Gibbs, Andrew Seel, Alexander F.R. Kilpatrick, Paul R. Shearing, Christopher A. Howard, Dan J. L. Brett and Patrick L. Cullen; "Realising the electrochemical stability of graphene: scalable synthesis of ultra-durable platinum catalyst for the oxygen reduction reaction"; Nanoscale

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.

Queen Mary, University of London

Recommiende artículo PDF / Imprimir artículo

Compartir

Hechos, antecedentes, expedientes
  • grafeno
  • pilas de combustible
  • catalizadores
Más sobre Queen Mary, University of London
Más sobre University College London