A medida que los investigadores trabajan hacia vehículos eléctricos de próxima generación, es posible que se estén golpeando la cabeza con el techo de lo que pueden ofrecer las baterías de iones de litio.

Mientras tanto, un equipo de investigadores de la Universidad de Michigan está impulsando el desempeño de una tecnología de vehículos eléctricos competidores, las celdas de combustible de hidrógeno, a nuevas alturas.

Una celda de combustible de hidrógeno es una fuente de energía sin emisiones nocivas que actúa como un cruce entre una batería y un tanque de gasolina. Emplea hidrógeno como combustible y aprovecha la reacción entre el hidrógeno y el oxígeno para producir electricidad. La única "emisión" es el agua.

Una limitación de esta tecnología es la capacidad de almacenar cantidades suficientes de hidrógeno a bordo. Los investigadores de la U-M han identificado formas de meter más hidrógeno que nunca en pequeñas estructuras de almacenamiento llamadas armazones organometálicos. aumentando la densidad de energía, y, como resultado, el rango de conducción proyectado de un vehículo de pila de combustible.

Armazones orgánicos metálicos, o MOF, son materiales de diseño compuestos por iones metálicos acoplados con moléculas orgánicas. Su naturaleza porosa hace que algunos MOF se encuentren entre las formas más prometedoras de almacenar hidrógeno.

Los investigadores de Michigan recopilaron información sobre todos los MOF disponibles, los construidos previamente, así como los que siguen siendo hipotéticos, en una base de datos. Luego se utilizaron simulaciones por computadora de alto rendimiento para rastrear el banco de datos resultante de casi 500, 000 MOF para quienes tienen capacidades prometedoras.

Se identificaron tres candidatos que podrían superar los récords anteriores de almacenamiento de hidrógeno. Luego, los investigadores sintetizaron estos materiales y demostraron su desempeño.

"Estamos demostrando un almacenamiento con mayor densidad de energía que lo que se mostró anteriormente, "dijo Don Siegel, Profesor asociado de ingeniería mecánica de la U-M. "Podría describirlo como más eficiente:poner más energía en un espacio más pequeño y en un paquete más liviano".

Como se publicó esta semana en Comunicaciones de la naturaleza , los tres MOF se denominan SNU-70, UMCM-9 y PCN-610 / NU-100. Cada uno superó el rendimiento del IRMOF-20, otro MOF identificado por el equipo en 2017.

"Estos materiales establecen una nueva marca de agua alta para las capacidades de hidrógeno utilizables en MOF, "afirma el estudio.

Las pilas de combustible de hidrógeno se han mantenido prometedoras durante mucho tiempo como fuente de energía sin emisiones para los coches eléctricos. Ellos tienen, sin embargo, tomado un asiento trasero a las baterías de iones de litio, que encontrará dentro de la mayoría de los dispositivos electrónicos portátiles que se producen en la actualidad, desde teléfonos celulares y tabletas, a cámaras digitales y vehículos eléctricos.

Los sistemas de pilas de combustible de hidrógeno tienen varias ventajas sobre las baterías de iones de litio. El elemento más abundante del universo, el hidrógeno es mucho más común que el litio, por lo que hay pocas posibilidades de que alguna vez se produzca un problema de suministro.

Y un coche de pila de combustible de hidrógeno se puede recargar en una estación en unos minutos, aproximadamente el mismo tiempo que lleva ahora llenar un tanque de gasolina. A diferencia de, Los tiempos de carga completos de los vehículos eléctricos con batería de litio se miden normalmente en horas.

Hay inconvenientes que han limitado la adopción del hidrógeno por parte de la industria automotriz, sin embargo. Por ejemplo, Actualmente, producir hidrógeno es mucho más caro que extraer y refinar petróleo.

El transporte de combustible de hidrógeno es otro problema. Como un gas es difícil mover y almacenar grandes cantidades de hidrógeno de manera eficiente, lo que plantea dudas sobre si es necesario moverlo en forma líquida en semirremolques o transportarlo a través de tuberías como gas.

Pero el atractivo de lo que el hidrógeno podría significar potencialmente para los automóviles, y el medio ambiente, ha mantenido a los principales fabricantes de automóviles como Ford, Hyundai, Toyota Honda y GM involucrados en su desarrollo.

Los diseñadores de vehículos eléctricos buscan constantemente reducir el tamaño del sistema de energía de un automóvil como un medio para aumentar la eficiencia. Al aumentar la cantidad de hidrógeno que se puede almacenar en un adsorbente MOF, Siegel dijo:la presión necesaria para almacenarlo se puede reducir. También se puede reducir el tamaño del tanque.

"Queremos eliminar el problema del almacenamiento de energía para los vehículos con pilas de combustible de hidrógeno. Esto muestra que nos estamos moviendo en esa dirección, "Dijo Siegel.