07.10.2020 - American University

Espinacas: buenas para Popeye y el planeta

Los experimentos químicos muestran el potencial para alimentar las células de combustible

"Cómete las espinacas", es un refrán común en la infancia de muchas personas. Las espinacas, el abundante caldo vegetal verde lleno de nutrientes, no sólo proporcionan energía a los humanos. También tiene el potencial de ayudar a alimentar las células de combustible, según un nuevo trabajo de investigadores del Departamento de Química de la UA. La espinaca, cuando se convierte de su forma comestible y frondosa en nano hojas de carbono, actúa como catalizador para una reacción de reducción de oxígeno en las células de combustible y en las baterías de metal-aire.

Una reacción de reducción de oxígeno es una de las dos reacciones en las pilas de combustible y las baterías de metal-aire y suele ser la más lenta que limita la producción de energía de estos dispositivos. Los investigadores saben desde hace tiempo que ciertos materiales de carbono pueden catalizar la reacción. Pero esos catalizadores basados en el carbono no siempre funcionan tan bien o mejor que los catalizadores tradicionales basados en el platino. Los investigadores de la UA querían encontrar un método de preparación barato y menos tóxico para un catalizador eficiente utilizando recursos naturales fácilmente disponibles. Abordaron este desafío utilizando espinacas.

"Este trabajo sugiere que se pueden fabricar catalizadores sostenibles para una reacción de reducción de oxígeno de los recursos naturales", dijo el Prof. Shouzhong Zou, profesor de química de la UA y autor principal del trabajo. "El método que probamos puede producir catalizadores altamente activos, basados en el carbono, a partir de la espinaca, que es una biomasa renovable. De hecho, creemos que supera a los catalizadores comerciales de platino tanto en actividad como en estabilidad. Los catalizadores son potencialmente aplicables en pilas de combustible de hidrógeno y baterías de metal-aire". Los antiguos estudiantes de postdoctorado de Zou, Xiaojun Liu y Wenyue Li y el estudiante de licenciatura Casey Culhane son los coautores del artículo.

Los catalizadores aceleran una reacción de reducción de oxígeno para producir suficiente corriente y crear energía. Entre las aplicaciones prácticas de la investigación se encuentran las células de combustible y las baterías metal-aire, que alimentan a los vehículos eléctricos y a los tipos de equipos militares. Los investigadores están haciendo progresos en el laboratorio y en los prototipos con catalizadores derivados de plantas o productos vegetales como la hierba de cola de gato o el arroz. El trabajo de Zou es la primera demostración que utiliza espinacas como material para preparar catalizadores de reacción de reducción de oxígeno. La espinaca es un buen candidato para este trabajo porque sobrevive a bajas temperaturas, es abundante y fácil de cultivar, y es rica en hierro y nitrógeno que son esenciales para este tipo de catalizador.

Zou y sus estudiantes crearon y probaron los catalizadores, que son nano hojas de carbono derivadas de la espinaca. Las nanohojas de carbono son como un trozo de papel con el grosor en una escala nanométrica, mil veces más delgado que un trozo de cabello humano. Para crear las nanohojas, los investigadores sometieron a las espinacas a un proceso de varios pasos que incluía métodos de baja y alta tecnología, incluyendo el lavado, el jugo y el secado por congelación de las espinacas, moliéndolas manualmente hasta convertirlas en un fino polvo con un mortero y un mazo, y "dopando" la nanohoja de carbono resultante con nitrógeno extra para mejorar su rendimiento. Las mediciones mostraron que los catalizadores derivados de la espinaca funcionaban mejor que los catalizadores basados en el platino, que pueden ser caros y perder su potencia con el tiempo.

El siguiente paso para los investigadores es poner los catalizadores de la simulación de laboratorio en dispositivos prototipo, tales como las celdas de combustible de hidrógeno, para ver cómo se desempeñan y desarrollar catalizadores de otras plantas. A Zou también le gustaría mejorar la sostenibilidad reduciendo el consumo de energía necesario para el proceso.

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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