11.07.2022 - University at Buffalo

Un nuevo catalizador de hierro podría -¡por fin! - hacer asequibles las pilas de combustible de hidrógeno

"Creemos que se trata de un avance significativo que acabará ayudando a liberar el tremendo potencial de las pilas de combustible de hidrógeno"

Los científicos llevan décadas buscando un catalizador que reduzca drásticamente el coste de fabricación de las pilas de combustible de hidrógeno.

Este avance podría dar lugar a una revolución energética ecológica en la que todo, desde los ordenadores portátiles hasta las locomotoras, funcionaría con un combustible cuyo único subproducto es el agua.

Una nueva investigación dirigida por la Universidad de Buffalo sugiere que los científicos se están acercando a ese objetivo.

En un estudio publicado el jueves (7 de julio) en Nature Energy, los científicos describen cómo el hierro puede combinarse con el nitrógeno y el carbono para producir un catalizador eficiente, duradero y barato, los tres objetivos principales que el Departamento de Energía de EE.UU. (DOE) ha identificado para la investigación de las pilas de combustible.

"El autor principal del estudio, el doctor Gang Wu, profesor de ingeniería química y biológica de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de la UB, afirma: "Llevamos años trabajando en esto. "Creemos que se trata de un avance significativo que, con el tiempo, ayudará a liberar el tremendo potencial de las pilas de combustible de hidrógeno".

La promesa de las pilas de combustible

Las pilas de combustible funcionan como las baterías, pero no se agotan ni necesitan recargarse, según el DOE. Producen electricidad y calor siempre que se les suministre combustible, como el hidrógeno.

Llevan mucho tiempo tanteando a científicos, ecologistas y otros porque sus emisiones son menores o nulas que las de los motores de combustión. Y pueden utilizarse en una amplia gama de aplicaciones, proporcionando energía para vehículos, centrales eléctricas, edificios y otros sistemas.

Pero las pilas de combustible no se comercializan de forma generalizada porque, entre otras cosas, requieren costosos catalizadores, que aceleran importantes reacciones de las pilas de combustible.

Los mejores catalizadores han sido una familia de seis metales preciosos, conocidos como metales del grupo del platino. Aunque son eficaces y duraderos, estos metales son increíblemente caros porque son extremadamente raros. Por ello, los científicos buscan alternativas menos costosas.

Superar las barreras

Una de estas alternativas son los catalizadores basados en el hierro. El hierro es atractivo porque es abundante y barato. Pero su rendimiento no es tan bueno como el del platino, sobre todo porque carece de la durabilidad necesaria para soportar los entornos altamente corrosivos y oxidativos de las pilas de combustible.

Para superar este obstáculo, el equipo de investigación unió cuatro átomos de nitrógeno al hierro. A continuación, los investigadores incrustaron el material en unas cuantas capas de grafeno "con un control atómico preciso de las estructuras geométricas y químicas locales", afirma Wu.

La estructura resultante es un catalizador muy mejorado. Por ejemplo, el equipo de investigación informó de que el catalizador

  • Se cree que es el catalizador a base de hierro más eficiente producido hasta la fecha, superando el objetivo del DOE para 2025 en cuanto a densidad de corriente eléctrica.
  • Ha logrado una durabilidad que se aproxima a la de los catalizadores del grupo del platino.

Todo esto, según Wu, apunta al potencial del catalizador de hierro para hacer que las pilas de combustible, especialmente las de hidrógeno, sean mucho más asequibles para su uso comercial. Los investigadores están planeando estudios de seguimiento para seguir mejorando el catalizador.

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