Si se pregunta cuándo un automóvil propulsado por hidrógeno se convertirá en una opción viable para usted, tomar el corazón. Un equipo que incluye a científicos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) puede haber superado un obstáculo significativo para la fabricación de celdas de combustible de hidrógeno al crear una forma de verificar si los costosos catalizadores que necesitan las celdas se han incorporado de manera rápida y efectiva. Los métodos de medición mejorados son clave para acercar la energía del hidrógeno a la producción en masa económica.

Los vehículos de hidrógeno no han conquistado la carretera como todavía lo han hecho los eléctricos, pero no es por falta de eficiencia o respeto al medio ambiente. El gas hidrógeno contiene aproximadamente tres veces más energía en masa que los combustibles fósiles, y el único subproducto de una pila de combustible es el agua. Pero, mientras que llenar un tanque de combustible con hidrógeno es rápido, construir el motor no lo es, al menos según los estándares industriales. Una celda de combustible requiere capas delgadas de un catalizador a base de platino para convertir el hidrógeno en energía eléctrica, y la industria ha carecido de una forma eficiente de evaluar las propiedades de las capas. Esa falta es una de las razones solo por 1, 800 vehículos de hidrógeno estaban en la carretera hace aproximadamente un año, y pueden costar el doble que un vehículo convencional.

El catalizador debe terminar como dos capas delgadas a cada lado de una hoja de polímero que se asemeja a una envoltura de plástico, por lo que el enfoque de la industria ha sido tratar el catalizador como tinta. El proceso mezcla partículas de platino con carbono para formar un fluido negro profundo que incluso parece tinta. Luego, una máquina que se asemeja a una imprenta de periódicos deposita la mezcla mientras la hoja se desenrolla de un rollo gigante. El problema es que el platino en esta tinta cuesta más de $ 35 por gramo ($ 1, 000 una onza), por lo que los fabricantes necesitan una forma de asegurarse de que se disponga lo suficiente para hacer el trabajo, y ni una gota más costosa. Y el proceso debe ser lo suficientemente rápido como para producir celdas de combustible para miles de automóviles al año, lo que significa que el plástico tiene que rodar rápidamente.

El equipo, que incluía científicos del NIST y la industria, encontraron una respuesta derivada de su experiencia midiendo objetos pequeños para una industria completamente diferente:la fabricación de chips de computadora. Pero su enfoque habitual, basado en reflejar la luz de un láser de la superficie de un chip, exigió un replanteamiento.

"Tenemos experiencia en métodos ópticos para medir características de menos de 10 nanómetros en chips, y las partículas de platino están a la misma escala, ", dijo el científico físico del NIST Michael Stocker." Sabíamos básicamente lo que estábamos haciendo, pero los chips no vuelan a 30 metros (aproximadamente 100 pies) por minuto, así que hubo un desafío de velocidad. Más, estás mirando algo que es negro, así que no teníamos mucha luz reflejada para medir ".

Después de abordar este desafío a través de la investigación y el desarrollo, el equipo construyó un instrumento novedoso utilizando tecnología estándar que puede detectar los bajos niveles de luz reflejada en las diminutas partículas de platino a medida que la hoja pasa a un metro o dos por minuto.

Stocker dijo que no existen barreras fundamentales para ampliar el método o aumentar la velocidad para satisfacer las necesidades futuras de la industria. Por ejemplo, un fabricante podría disponer una fila de estos instrumentos para escanear una hoja de un metro de ancho, cada uno identifica los puntos problemáticos en una sección en particular. Aunque es probable que el método deba combinarse con otras técnicas como la fluorescencia de rayos X para formar una solución completa, Stocker dijo que deja a los fabricantes de pilas de combustible en un buen lugar.

"Todo es ingeniería óptica desde este punto en adelante, ", dijo." La industria puede tomarlo desde aquí ".