Electrocatalizadores de alto rendimiento para impulsar el desarrollo de las pilas de combustible de etanol directas

Investigadores del Instituto de Ingeniería de Procesos (IPE) de la Academia China de Ciencias y de la Universidad Normal de Nanjing han presentado recientemente una estrategia para mejorar el rendimiento electrocatalítico del paladio (Pd) en la reacción de oxidación del etanol, la reacción anódica clave de las pilas de combustible de etanol directas (DEFC), ofreciendo un concepto racional para la ingeniería fina de la superficie de los electrocatalizadores utilizados en dispositivos de conversión de energía de alta eficiencia y más allá.

Las DEFC, con etanol como combustible, tienen la ventaja de su alta densidad energética, su baja toxicidad y su fácil funcionamiento. Sin embargo, la falta de electrocatalizadores activos y robustos para la oxidación anódica del etanol impide el ritmo de comercialización.

Normalmente, las nanopartículas de Au@Pd con una construcción de núcleo-caparazón tienen mayor actividad y estabilidad durante la electro-oxidación del etanol que las partículas de Pd solas. Por desgracia, el mayor espacio de la red de Au crea una tensión de tracción en las finas cáscaras de Pd, lo que pone en peligro su rendimiento catalítico al reforzar la absorción de intermediarios de reacción venenosos en sus superficies.

"Un diseño racional que aproveche plenamente las arquitecturas de núcleo-caparazón y que inhiba simultáneamente el efecto de tensión de la red en las cáscaras de Pd inducido por los núcleos de Au sería definitivamente favorable para mejorar aún más su rendimiento en la electro-oxidación de moléculas de etanol", dijo el profesor YANG Jun del IPE, autor correspondiente del estudio.

Los investigadores demostraron este concepto acoplando los efectos de la aleación con la construcción de núcleos para optimizar las superficies de las carcasas de Pd con el fin de lograr una electrooxidación de etanol de alta eficiencia.

Los científicos alearon átomos de Fe en finas cáscaras de Pd para compensar su expansión reticular. Las evaluaciones electroquímicas muestran que las nanopartículas Au@FePd preparadas de este modo presentan la mayor actividad másica y específica para catalizar la electrooxidación del etanol jamás observada en un medio alcalino.

"A continuación, vamos a optimizar una serie de parámetros, por ejemplo, el tamaño del núcleo, el grosor de la envoltura de la aleación y la composición de los metales de transición en las envolturas de la aleación", dijo el profesor YANG. De este modo, los investigadores esperan crear más electrocatalizadores con mayor eficiencia y menor coste para impulsar el desarrollo de las pilas de combustible de alcohol directas.