Investigadores de la Universidad de Cornell descubrieron que un ánodo de níquel recubierto de carbono y dopado con nitrógeno puede catalizar una reacción esencial en las celdas de combustible de hidrógeno a una fracción del costo de los metales preciosos que se utilizan actualmente .
En su opinión, el descubrimiento podría acelerar el uso generalizado de pilas de combustible de hidrógeno limpias en vehículos y otras aplicaciones.
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En un artículo publicado en la revista Proceedings of the National Academy of Sciences, los investigadores explican que actualmente se requieren metales preciosos costosos , como el platino, en las celdas de combustible de hidrógeno para catalizar eficientemente las reacciones que emplean para producir electricidad. Aunque las celdas de combustible de membrana de electrolito de polímero alcalino (APEMFC) permiten el uso de electrocatalizadores de metales no preciosos, carecen del rendimiento y la durabilidad necesarios para reemplazar los sistemas basados en metales preciosos.
Una celda de combustible produce electricidad a través de la reacción de oxidación de hidrógeno (HOR) y una reacción de reducción de oxígeno (OOR). El platino, en particular, es un catalizador modelo para ambas reacciones porque las cataliza de manera eficiente y es duradero en el ambiente ácido de una celda de combustible PEM.
Según los científicos, los experimentos recientes con electrocatalizadores HOR de metales no preciosos tenían como objetivo superar dos desafíos principales: baja actividad intrínseca debido a una energía de enlace de hidrógeno demasiado fuerte y poca durabilidad debido a la rápida pasivación de la formación de óxido metálico.
En detalle, la investigación reciente buscó superar estos desafíos mediante el uso de un electrocatalizador a base de níquel con una cubierta de 2 nanómetros hecha de carbono dopado con nitrógeno.
La celda de combustible de hidrógeno del equipo de Cornell tiene un catalizador de ánodo (donde se oxida el hidrógeno) que consiste en un núcleo sólido de níquel rodeado por una capa de carbono. Cuando se combina con un cátodo de cobalto-manganeso (donde se reduce el oxígeno), la celda de combustible de hidrógeno resultante completamente libre de metales preciosos genera más de 200 milivatios por centímetro cuadrado.
El grupo señala que la presencia de especies de óxido de níquel en la superficie del electrodo de níquel ralentiza drásticamente la reacción de oxidación del hidrógeno. El recubrimiento de carbono dopado con nitrógeno sirve como capa protectora y mejora la cinética HOR, haciendo que la reacción sea más rápida y mucho más eficiente.
Además, la presencia del 2119883119 revestimiento de grafeno en el electrodo de níquel evita la formación de óxidos de níquel, lo que da como resultado electrodos con una vida útil mucho mayor. Estos electrodos también son mucho más tolerantes al monóxido de carbono, que envenena rápidamente el platino.
“El uso de este novedoso ánodo reduciría drásticamente los precios permitiendo la aplicación de celdas de combustible alcalinas en una amplia variedad de áreas”, dijo el investigador principal Héctor D. Abruña en un comunicado de prensa.