Los investigadores han descubierto que añadir hidrógeno a un catalizador de hierro, nitrógeno y carbono podría reducir significativamente el coste de las pilas de combustible respetuosas con el clima. Durante años, los investigadores han trabajado incansablemente para encontrar alternativas rentables al platino y otros metales costosos utilizados en las pilas de combustible. Su trabajo se centra en explorar diversas combinaciones de hierro, nitrógeno y carbono, tres materiales menos costosos y fácilmente disponibles.
Sin embargo, lograr un equilibrio entre la durabilidad y la eficiencia de estos catalizadores de hierro, nitrógeno y carbono no es una tarea fácil, por lo que el proceso está plagado de desafíos. Si bien han logrado que los catalizadores sean duraderos o de alto rendimiento, lograr ambas propiedades simultáneamente sigue siendo un gran obstáculo.
Un nuevo estudio dirigido por la Universidad de Buffalo puede ofrecer una solución. En la revista Nature Catalysis, los investigadores informan cómo la adición de hidrógeno durante el proceso de fabricación crea potentes catalizadores que se aproximan al rendimiento del platino.
El desarrollo representa un importante paso adelante en el potencial de la tecnología de pilas de combustible para ayudar a suministrar energía libre de contaminación a automóviles, camiones, trenes, aviones y otros vehículos pesados.
"Durante años, la comunidad científica ha estado tratando de equilibrar este equilibrio. Podemos fabricar sustancias eficaces y de bajo costo, pero se degradan con demasiada facilidad. O podemos fabricar sustancias muy estables, pero su rendimiento no es comparable al del platino". "Con este trabajo, damos un paso hacia la solución de este problema", afirmó el Dr. Gang Wu, autor correspondiente del estudio y profesor del Departamento de Química y Bioingeniería de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Aplicadas.
El trabajo se basa en investigaciones anteriores dirigidas por Wu que describieron catalizadores de hierro, nitrógeno y carbono que, si bien eran duraderos, luchaban por acelerar importantes reacciones químicas en las pilas de combustible.
La nueva investigación aborda esta limitación en un proceso de fabricación llamado pirólisis, que implica el uso de temperaturas extremadamente altas para combinar materiales.
Durante el proceso de pirólisis, los investigadores combinaron cuatro átomos de nitrógeno con hierro en una cámara de alta temperatura. Luego incrustaron el material en varias capas de grafeno, un carbono resistente, liviano y flexible.
Normalmente, este proceso se realiza en una cámara llena de un gas inerte como el argón. Pero esta vez, los investigadores enviaron gas hidrógeno a la cabina, formando una mezcla de 90% de argón y 10% de hidrógeno.
Como resultado, los investigadores pudieron controlar con mayor precisión la composición del catalizador. Específicamente, pudieron colocar dos compuestos diferentes de hierro, nitrógeno y carbono, uno con 10 átomos de carbono y el otro con 12 átomos de carbono, en posiciones que ayudaron a aumentar la durabilidad y la eficiencia.
El catalizador resultante logró el rendimiento inicial de la pila de combustible, superando con creces los objetivos del Departamento de Energía para 2025. Ha demostrado ser más duradero que la mayoría de los catalizadores de hierro, nitrógeno y carbono y se acerca a los típicos cátodos con bajo contenido de platino que se utilizan en las pilas de combustible.
Fuente compilada: ScitechDaily