Un equipo de ingenieros de la Universidad de Delaware ha desarrollado una tecnología que podría hacer que las pilas de combustible sean más baratas y duraderas. un gran avance que podría acelerar la comercialización de vehículos de pila de combustible.

Describen sus resultados en un artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza los lunes, 4 de septiembre.

Las pilas de combustible de hidrógeno son una alternativa ecológica a los motores de combustión interna porque producen energía a través de reacciones electroquímicas. sin dejar contaminación.

Los materiales llamados catalizadores estimulan estas reacciones electroquímicas. El platino es el catalizador más común en el tipo de pilas de combustible que se utilizan en los vehículos.

Sin embargo, el platino es caro, como sabe cualquiera que haya comprado joyas. El metal cuesta alrededor de $ 30, 000 por kilogramo.

En lugar de, el equipo de UD hizo un catalizador de carburo de tungsteno, que cuesta alrededor de $ 150 por kilogramo. Produjeron nanopartículas de carburo de tungsteno de una manera novedosa, mucho más pequeño y escalable que los métodos anteriores.

"El material se fabrica normalmente a temperaturas muy altas, alrededor de 1, 500 grados centígrados y a estas temperaturas, crece grande y tiene poca superficie para que se desarrolle la química, "dijo Dionisios Vlachos, director del Centro de Catálisis de Innovación Energética de la UD. "Nuestro enfoque es uno de los primeros en fabricar material a nanoescala de gran superficie que puede ser comercialmente relevante para la catálisis".

Los investigadores crearon nanopartículas de carburo de tungsteno utilizando una serie de pasos que incluyen el tratamiento hidrotermal, separación, reducción, carburación y más.

"Podemos aislar las nanopartículas de carburo de tungsteno individuales durante el proceso y hacer una distribución muy uniforme del tamaño de las partículas, "dijo Weiqing Zheng, investigador asociado del Catalysis Center for Energy Innovation.

Próximo, los investigadores incorporaron las nanopartículas de carburo de tungsteno en la membrana de una celda de combustible. Pilas de combustible de automoción, conocidas como pilas de combustible de membrana de intercambio de protones (PEMFC), contienen una membrana polimérica. Esta membrana separa el cátodo del ánodo, que divide el hidrógeno (H2) en iones (protones) y los entrega al cátodo, que apaga la corriente.

La membrana similar al plástico se desgasta con el tiempo, especialmente si se somete a demasiados ciclos húmedo / seco, lo que puede suceder fácilmente ya que se producen agua y calor durante las reacciones electroquímicas en las pilas de combustible.

Cuando se incorpora carburo de tungsteno en la membrana de la celda de combustible, humidifica la membrana a un nivel que optimiza el rendimiento.

"El catalizador de carburo de tungsteno mejora la gestión del agua de las pilas de combustible y reduce la carga del sistema de humidificación, "dijo Liang Wang, un científico asociado en el Departamento de Ingeniería Mecánica.

El equipo también descubrió que el carburo de tungsteno captura los radicales libres dañinos antes de que puedan degradar la membrana de la celda de combustible. Como resultado, Las membranas con nanopartículas de carburo de tungsteno duran más que las tradicionales.

"El catalizador de bajo costo que hemos desarrollado se puede incorporar dentro de la membrana para mejorar el rendimiento y la densidad de potencia, "dijo". Como resultado, el tamaño físico de la pila de pilas de combustible se puede reducir para la misma potencia, haciéndolo más ligero y barato. Es más, nuestro catalizador es capaz de ofrecer un mayor rendimiento sin sacrificar la durabilidad, lo cual es una gran mejora con respecto a esfuerzos similares de otros grupos ".

El equipo de investigación de la UD utilizó métodos innovadores para probar la durabilidad de una celda de combustible fabricada con carburo de tungsteno. Utilizaron un microscopio electrónico de barrido y un haz de iones enfocado para obtener imágenes de cortes finos de la membrana. que analizaron con software, reconstruir la estructura tridimensional de las membranas para determinar la longevidad de la pila de combustible.

El grupo ha solicitado una patente y espera comercializar su tecnología.

"Este es un muy buen ejemplo de cómo los diferentes grupos de departamentos pueden colaborar, "Dijo Zheng.